Termodinamika

Energetska proizvodnja - 1. vaja 2

Ničti zakon termodinamike Če je telo A v toplotnem ravnovesju s telesom B in je telo B v toplotnem ravnovesju s telesom C, je tudi telo A v toplotnem ravnovesju s telesom C.

Prvi zakon termodinamike (energijski zakon)

Sprememba polne energije sistema je enaka vsoti dovedenega dela in dovedene toplote.

Drugi zakon termodinamike (entropijski zakon)

Ni mogoča takšna krožna sprememba, pri kateri se prenese toplota iz hladnejšega telesa na toplejše, pri čemer se ne spremeni nič drugega v okolici (Clausiusova formulacija) Toplotno izoliranega sistema po opravljeni ireverzibilni spremembi ne moremo več povrniti v prvotno stanje (Caratheodoryjeva formulacija) Ni mogoča takšna krožna sprememba, pri kateri sistem prejme toploto iz toplotnega rezervoarja in jo v celoti pretvori v delo, pri čemer se ne spremeni nič drugega v okolici (Kelvinova formulacija).

Tretji zakon termodinamike

Sistema ni mogoče v končnem številu korakov ohladiti do absolutne ničle.

Veličine stanja

Energetska proizvodnja - 1. vaja 3

tlak temperatura prostornina

p T V

preobrazba p T V preobrazba

segrevanje (spremenljiva prostornina): - ↑ ↑ izobara

segrevanje (konstantna prostornina): ↑ ↑ - izohora

stiskanje (konstantna temperatura): ↑ - ↓ izoterma

stiskanje (hiter proces): ↑ ↑ ↓ izentropa

Procesi v diagramih

Energetska proizvodnja - 1. vaja 4

p

V

1

2

2

1

dVpW

T

S

1 2

2

1

dSTQ

Krožni proces

Energetska proizvodnja - 1. vaja 5

p

V

koristno delo

proces

Win

Qin

Wout

Qout

Krožni proces

Energetska proizvodnja - 1. vaja 6

Krožni proces

Energetska proizvodnja - 1. vaja 7

Krožni proces

Energetska proizvodnja - 1. vaja 8

Naloga

Energetska proizvodnja - 1. vaja 9

Zaporedje preobrazb izentropa – izobara – izentropa – izobara sestavlja t.i. Jouleov

krožni proces. Proces naj poteka med tlakoma 1 in 8 bar ter med temperaturama 20 in

700 °C. Delovna snov je zrak, ki ga obravnavamo kot idealen plin (specifična gostota

1005 J/kgK, plinska konstanta 287 J/kgK, eksponent izentrope 1,4), njegov masni tok v

procesu pa je 2,8 kg/s. Izkoristka turbine in kompesorja naj bosta 0,9.

a) Določi osnovne štiri točke krožnega procesa.

b) Nariši proces v diagram T-s ter označi področja dovoda in odvoda toplote in

mehanskega dela.

c) Izračunaj dovedeno in odvedeno mehansko moč, dovedeni in odvedeni toplotni tok

ter prosto moč procesa.

d) Kolikšen je izkoristek procesa?

Rezultati

Energetska proizvodnja - 1. vaja 10

TočkeT T p v ρ V̇ s

°C K bar m3/kg kg/m

3m

3/s kJ/kgK

1 20,0 293,2 1 0,841 1,19 2,36 0,0748

2 284,3 557,5 8 0,200 5,00 0,56 0,1239

2r 284,3 557,5 8 0,200 5,00 0,56 0,1239

3 700,0 973,2 8 0,349 2,86 0,98 0,6838

4 307,7 580,8 1 1,667 0,60 4,67 0,7620

4r 307,7 580,8 1 1,667 0,60 4,67 0,7620

2s 257,9 531,0 8 0,191 5,25 0,53 0,0751

4s 264,1 537,2 1 1,542 0,65 4,32 0,6836

ok 20,0 293,2 1 0,841 1,19 2,36 0,0748

IzračunP komp 744 kW moč kompresorja

Q̇do 1170 kW doveden toplotni tok (brez reg.)

Q̇do,r 1170 kW doveden toplotni tok

P turb 1104 kW celotna moč turbine

P 360 kW prosta moč turbine

η 30,8 % energijski izkoristek procesa

Rezultati

Energetska proizvodnja - 1. vaja 11

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

tem

pera

tura

/ °

C

entropija / kJ/kgK

Rezultati

Energetska proizvodnja - 1. vaja 12

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

500 700 900 1100 1300 1500

izk

ori

ste

k

najvišja temperatura v procesu / °C

zgorn

ji tlak / bar

20

1816

14

12

10

8

6