۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:مدرسعلیرضا اسفندیارتبدیل انرژی-کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
(ع)دانشگاه امام حسین
۲ترمودینامیک سیکل های بخار وترکیبی
1
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:چرخه بخار کارنو
:این سیکل دارای سیال عامل آب بوده و شامل فرآیند های زیر میباشد
(2-1)جذب گرما به صورت بازگشت پذیر در دمای ثابت درون دیگ بخار •(3-2)انبساط آنتروپی ثابت درون یک توربین •(3-4)دفع گرما به صورت بازگشت پذیر در دمای ثابت درون کندانسور •
(1-4)تراکم آنتروپی ثابت درون یک کمپرسور •
2
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل کارنو در یک سیکل بسته
3
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل کارنو T-Sنمودار
4
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل کارنو در یک سیکل بسته
5
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل کارنو عکس کارنوP-Vنمودار
6
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:مراحل غیر عملی چرخه بخار کارنو
اما انتقال حرارت را محدود به دمای زیر بحرانی. براحتی قابل انجام است4-3و 2-1مراحل.میکند که باعث کاهش راندمان حرارتی میشود
پایین باعث اما بخار با کیفیت. انبساط آنتروپی ثابت را میتوان با توربین مناسب فرض کرد ،.صدمه جدی به پره های توربین بوسیله قطره های آب میشود
د عملی نیز به این دلیل عملی نیست که طراحی کمپرسوری که با دو فاز کار کن1-4مرحله.نیست
چرخه کارنو نمیتواند یک واقعی برای سیکل های توان بخار باشد.
7
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل رنکین
8
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:تحوالت در سیکل رنکین
تراکم آنتروپی ثابت در یک پمپ•حرارت گیری فشار ثابت در یک دیگ بخار•انبساط آنتروپی ثابت در یک توربین•
حرارت دهی در فشار ثابت در کندانسور•
9
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:روابط حاکم بر سیکل رنکین
10
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:راندمان حرارتی
11
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:انحراف سیکل واقعی و ایده آل رنکین
اصطحکاک سیال و بازگشت ناپذیری اتالف حرارت: دو عامل مهم
:در نتیجه اصطحکاک سیالافت فشار در دیگ بخار، کندانسور و لوله های رابط•بخار، بویلر را در فشار پایین تری ترک میکند•فشار ورودی به توربین کمتر از فشار خروجی از بویلر میباشد•پمپ بزرگتر و کار ورودی بیشتری برای پمپ الزم است•
:در نتیجه بازگشت ناپذیریپمپ به کار ورودی بیشتری نیاز دارد•توربین کارخروجی کمتری تولید میکند•
12
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:تاثیر بازگشت ناپذیری پمپ و توربین
η𝑇 =𝑤𝑎𝑤𝑠
=ℎ3 − ℎ4𝑎ℎ3 − ℎ4𝑠
η𝑃 =𝑤𝑠𝑤𝑎
=ℎ2𝑠 − ℎ1ℎ2𝑎 − ℎ1
13
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:افزایش راندمان سیکل رنکین
هی دمای میانگین سیال عامل تا حد امکان باید در طی حرارت گیری باال و در هنگام حرارت د•.پایین باشد تا سیکل راندمان حرارتی بیشتری داشته باشد
کاستن فشار کندانسورفوق گرم کردن بخار تا دماهای باال
افزایش فشار بویلر
14
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:تاثیر کاستن فشار کندانسور
15
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:تاثیر فوق گرم کردن بخار تا دماهای باال
16
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:تاثیر افزایش فشار بویلر
17
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل ایده آل رنکین با گرمایش مجدد
.افزایش فشار بویلر باعث افزایش رطوبت بخار خروجی از توربین میشود•
جدد در برای کاهش رطوبت خروجی از بویلر انبساط بخار در توربین در دو مرحله با گرمایش م•.بین آن انجام میشود
18
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل ایده آل رنکین با گرمایش مجدد
19
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل ایده آل رنکین با گرمایش مجددT-Sدیاگرام
𝑞𝑖𝑛 = ℎ3 − ℎ2 + (ℎ5 − ℎ4)
𝑤𝑜𝑢𝑡 = ℎ3 − ℎ4 + (ℎ5 − ℎ6)
20
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
د با افزایش تعداد مراحل گرمایش مجدد، دمای متوسطی که در آن حرارت به بخار داده میشو•.افزایش میابد
21
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل بازیاب رنکین ایده آل
ب تغذیه سیکل بازیاب رنکین، شکل دیگری از سیکل رنکین است که در آن از گرم کن های آ•.استفاده میشود
د از خروج ویژگی منحصر به فرد این سیکل در مقایسه با سیکل ساده رنکین آن است که بع•.یابدسیال از پمپ، مایع اطراف پوسته توربین و در خالف جهت جریان بخار توربین گردش م
22
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:بازیاب یا گرم کن آب تغذیه
در یک با خارج کردن بخار در نقاط مختلف توربین و استفاده از آن برای گرم کردن آب تغذیه•.، دمای آب تغذیه قبل از ورود به بویلر افزایش میاید(گرم کن آب تغذیه)مبدل حرارتی
:اثرات استفاده از بازیاب•بازده چرخه افزایش میابدآب تغذیه هواگیری میشود و از خوردگی بویلر میشود
دبی حجمی بخار در مراحل نهایی توربین کنترل میشود
23
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
تماس مستقیم: گرم کن آب تغذیه باز
یه مبدل حرارتی که با تماس مستقیم آب تغذیه و بخار، انتقال حرارت از بخار به آب تغذ•.منتقل میشود
24
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل بازیاب رنکین ایده آل با گرم کن آب تغذیه باز
25
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل بازیاب یک مرحله ایT-Sدیاگرام
𝑞𝑖𝑛 = ℎ5 − ℎ4
𝑞𝑜𝑢𝑡 = (1 − 𝑦)(ℎ7 − ℎ1)
𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏,𝑜𝑢𝑡 = ℎ5 − ℎ6 + (1 − 𝑦)(ℎ6 − ℎ7)
𝑤𝑝𝑢𝑚𝑝,𝑖𝑛 = 1 − 𝑦 𝑤𝑝𝑢𝑚𝑝1,𝑖𝑛 + 𝑤𝑝𝑢𝑚𝑝 2,𝑖𝑛
26
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:گرم کن آب تغذیه بسته
میشونددر گرم آب تغذیه بسته، بخار آب خروجی از توربین و آب تغدیه با یکدیگر ترکیب ن.دو جریان میتوانند فشارهای متفاوتی داشته باشندکن را در حالت ایده آل، آب تغذیه تا دمای بخار خروجی از توربین گرم میشود و بخار نیز گرم
.به صورت مایع اشباع ترک میکندد در حالت واقعی در خروجی گرم کن یک اختالف دمای حداقلی باید برای انتقال حرارت وجو
.داشته باشد
27
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:دو نمونه گرم کن آب تغذیه بسته
28
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل بازیاب رنکین ایده آل با گرم کن آب تغذیه بسته
29
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سیکل بازیاب رنکین ایده آل با گرم کن تغذیه بستهT-Sدیاگرام
30
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:یک نیروگاه بخار با یک آب تغذیه باز و سه گرم کن آب تغذیه بسته
31
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:تولید همزمان
منبع انرژیاز یک( مانند حرارت فرآیند و انرژی الکتریکی)تولید بیش از یک شکل انرژی مفید •
:ضریب بهروری یک نیروگاه توام•
اما این . است% 100در حالت ایده آل نیروگاه تولید توام توربین بخار دارای ضریب بهره وری •.است% 70مقدار در حالت واقعی حدودا
ε =ሶ𝑊𝑛𝑒𝑡 + ሶ𝑄𝑃
ሶ𝑄𝑖𝑛
32
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:بخار-سیکل ترکیبی گاز
کل فوقانی و سیکل ترکیبی گاز بخار که سیکلی شامل دو چرخه سیکل برایتون به عنوان سی•.اسیمسیکل رنکین به عنوان سیکل تحتانی میباشد را با نام سیکل ترکیبی میشن
ی عمل کنند بازده حرارتی سیکل ترکیبی از هر یک از سیکل های برایتون و رنکین که به تنهای•.باالتر است
33
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:شکل سیکل ترکیبی
34
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:سواالت کلیدی مهم
: یکی از مزایای سیکل رنکین نسبت به سیکل کارنو آنست که. 1
امکان مافوق گرم کردن بخار در سیکل کانو نیست. 1
کارآیی سیکل رنکین به دالیل عملی بیشتر از کانو است. 2
میتوان بخار را در سیکل رنکین در دمای ثابت، مافوق گرم کرد. 3
نیازی به پمپ کردن مخلوط دو فاز نیست. 4
35
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:1جواب سوال
.صحیح است( 4)گزینه •
36
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:۲سوال
..............................در سیکل رنکین افزایش دمای بخار ورودی به توربین
سبب کاهش راندمان سیکل میشود1.
سبب افزایش راندمان سیکل میشود2.
بر راندمان سیکل موثر نیست3.
در بعضی از موارد بر راندمان سیکل تاثیر دارد4.
37
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:۲جواب سوال
.صحیح است( 2)گزینه
38
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:3سوال
شود؟در یک سیکل رنکین کاهش فشار در چگالنده سبب چه تغییری در عملکرد سیکل می
بی اثر1.
افت بازده2.
افزایش بازده3.
کاهش رطوبت در نقاط کم فشار توربین4.
39
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:3جواب سوال
.صحیح است( 3)گزینه •
40
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:4سوال
اغ تر با د. یک چرخه ساده رنکین با فشار خروجی از بویلر و فشار چگالنده ثابت در نظر استنمودن، اثر این عامل روی موارد زیر به ترتیب چگونه است؟
کار خروجی از توربین( کار مصرفی پمپ ب( الفراندمان چرخه( حرارت تلف شده در چگالنده د( ج
کاهش، افزایش، ثابت، افزایش. 2ثابت، افزایش، کاهش، کاهش . 1
افزایش، ثابت، ثابت، افزایش. 4ثابت، افزایش، افزایش، افزایش . 3
41
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:4جواب سوال
با افزایش . با توجه به ثابت ماندن فشار دیگ بخار و فشار چگالنده، کار مورد نیاز پمپ ثابت استافته و در در سیکل رنکین، کار تولیدی توربین و حرارت دفع شده از چگالنده افزایش ی𝑇3دمای
.کل این امر موجب افزایش راندمان حرارتی نیز میگردد
.صحیح است( 3)پس در نتیجه گزینه
42
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:5سوال
.صورت میگردد.................... تبدیل سیکل رنکین به سیکل رنکین بازیاب به منظور
کاهش فشار کندانسور1.
افزایش فشار ماکزیمم سیکل2.
افزایش دمای مایع بعد از پمپ3.
افزایش دمای ماکزیمم سیکل4.
43
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
: 5جواب سوال
.گردددر سیکل بازیاب دمای مایع پمپ شده افزایش یافته تا ورودی به دیگ بخار، مایع اشباع
.صحیح است( 3)گزینه
44
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
استفاده از بازیاب در نیروگاه بخار چه اثری دارد و چرا؟
افزایش راندمان به دلیل کاهش کار مصرفی1.
افزایش راندمان به دلیل افزایش دمای آب ورودی به بویلر2.
افزایش کیفیت بخار خروجی از توربین به دلیل افزایش دمای بویلر3.
افزایش کار خالص خروجی به دلیل افزایش دمای بخار خروجی از بویلر4.
:6سوال
45
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
: 6جواب سوال
.صحیح است( 2)گزینه
46
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:7سوال
در مورد یک نیروگاه بخار، کدام عبارت نادرست است؟
.افزایش دمای ورودی توربین راندمان را افزایش و عیار بخار خروجی را نیز افزایش میدهد1.
افزایش فشار دیگ، راندمان را زیاد کرده ولی عیار بخار خروجی از توربین را کاهش میدهد2.
اهش استفاده از باز گرمایش، راندمان سیکل را معموال افزایش ولی کیفیت بخار خروجی از توربین را ک3.میدهد
گرمایش آب تغذیه، راندمان را افزایش داده ولی تاثیری روی عیار بخار خروجی از توربین ندارد4.
47
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:7جواب سوال
.صحیح است( 3)گزینه
48
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:8سوال
در صورتی که افزایش . درصد است40مگاوات و راندمان آن 200قدرت خالص یک چرخه بخار باشد، مقدار آهنگ جرمی جریان آب خنک کن بر حسب c°12دمای آب خنک کن در چگالنده
Τ𝑘𝑔𝑠عبارت است از:
.13088
.23588
.35981
.45488
49
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:8جواب سوال
η=ሶ𝑊
ሶ𝑄𝐿+ ሶ𝑊0.4=
200×106
ሶ𝑄𝐿+200×106
ሶ𝑄𝐿 = 300 × 106
ሶ𝑄𝐿 = ሶ𝑚𝑐∆𝑇 300 × 106 = ሶ𝑚 × 4.18 × 103 × 12
.صحیح است( 3)گزینه
ሶ𝑚 = 5981 ൗ𝑘𝑔
𝑠
50
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:9سوال
سوپر هیت کردن -3افزایش فشار بویلر -2افزایش فشار خروجی توربین -1در سیکل رنکین اثر :بخار خروجی از بویلر روی راندمان حرارتی سیکل به ترتیب عبارت است از
کاهش-افزایش-افزایش. 2افزایش -کاهش-افزایش. 1
افزایش-افزایش-افزایش. 4افزایش -افزایش-کاهش. 3
51
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:9جواب سوال
به دلیل ( 1)اما مورد . از جمله راه های باال بردن راندمان سیکل رنکین هستند( 3)و ( 2)موارد .باال بردن فشار کندانسور، راندمان سیکل را کاهش میدهد
.صحیح است( 3)پس در نتیجه گزینه
52
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:10سوال
آن صرف عمل پمپ % 10کیلووات است که 1700در یک نیروگاه حرارتی قدرت تولیدی توربین کیلووات باشد، بازدهی 6400( بویلر)چنانچه گرمای داده شده به آب در دیگ بخار . میشود
:حرارتی نیروگاه و گرمای دفع شده به محیط در چگالنده به ترتیب برابر خواهند بود با
مگاوات8.28و % 135.5.
مگاوات4.87و % 223.9.
مگاوات4.7و % 326.5.
مگاوات4.53و % 429.2.
53
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:10جواب سوال
1700کار توربین صرف عمل پمپ میشود پس کار پمپ % 10 × 10% = 170 𝐾𝑤است .:با دانستن این نکته که کار پمپ منفی است، داریم
η =1700 − 170
6400= 0.239 = 23.9%
𝑄𝐿 = 𝑄𝐻 − 𝑊𝑇 −𝑊𝑃 = 6400 − 1700 − 170 = 4870 𝐾𝑤 = 4.87 𝑀𝑤
.صحیح است( 2)گزینه
54
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:11سوال
.است. ...................و .................. سیکل آرمانی با ایده آل نیروگاه بخاری و نیروگاه گازی به ترتیب
رانکین، برایتون1.
رانکین، اتو2.
کارنو، رانکین3.
کارنو، برایتون4.
55
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:11جواب سوال
.صحیح است( 1)گزینه
56
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:1۲سوال
تر استفاده به مدیریت یک نیروگاه حرارتی پیشنهاد شده است از یک سوخت با ارزش گرمایی بیشاثیری در در صورتی که سایر شرایط بدون تغییر باقی ماند، جایگزینی سوخت جدید چه ت. نماید
عملکرد نیروگاه خواهد داشت؟
راندمان حرارتی نیروگاه ثابت باقی میماند و عمر مفید توربین افزایش میابد1.
رطوبت جریان خروجی از توربین کاهش میابد2.
راندمان حرارتی نیروگاه افزایش میابد و پره های توربین ساییده میشود3.
رطوبت جریان خروجی از توربین افزایش میابد4.
57
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
:1۲جواب سوال
.صحیح است( 2)گزینه
58
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
بیان نکات کنکوری
59
فرادرس
FaraDars.org
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرس« ۲آموزش ترمودینامیک »
.تهیه شده است
برای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایید
faradars.org/fvphy106
۲آموزش ترمودینامیک
faradars.org/fvphy106
فرادرس
FaraDars.org
Recommended
