Před diskusí o izentropické účinnosti turbíny porozumíme významu „isentropického“. Termín isentropic znamená „konstantní entropie“.
Účinnost turbíny, jednoduše řečeno, je výkon dělen vstupem. Isentropická účinnost se týká účinnosti dosažené v isentropických podmínkách. Izentropních podmínek je však obtížné dosáhnout, takže isentropická účinnost je maximální dosažitelná účinnost turbíny pro dané teplotní a tlakové podmínky. Tento článek pojednává o isentropické účinnosti turbína podrobně.
Definice isentropické účinnosti turbíny
Jak již bylo diskutováno dříve, isentropická účinnost je účinnost dosažená turbínou v isentropických podmínkách (entropie se nemění). Izentropních podmínek je proto obtížné dosáhnout, izentropická účinnost je maximální možná účinnost, které může turbína dosáhnout za daných tlakových a teplotních podmínek.
Kvůli nevratným otáčkám a ztrátám třením turbína produkuje o něco menší výkon, než je teoretická hodnota. Proto se vypočítává skutečná účinnost. Obrázek níže ukazuje isentropickou křivku a skutečnou křivku typické turbíny pracující na Braytonově cyklu.
Jak vypočítáte isentropickou účinnost turbíny?
Izentropická účinnost turbíny se vypočítá pomocí hodnot vstupních a výstupních entalpií a ideální vstupní entalpie turbíny.
Matematicky, izoentropickou účinnost lze zjistit pomocí vzorce Níže uvedené-
Kde,
h představuje specifická entalpie
Příklad turbíny s izentropickou účinností
Zvažte izentropickou expanzi hélia v plynové turbíně. Turbína přijímá plyn při vysokém tlaku (bod 3) 6.7 MPa s teplotou 1190 K. Plyn vystupuje při nízkém tlaku 2.78 MPa (viz bod 4) Teplota plynu na výstupu z turbíny je 839 K.
Vypočítejte: Skutečná práce, kterou turbína vykonala během tohoto procesu, když je isentropická účinnost turbíny 91%.
Práci odvedenou turbínou lze vypočítat podle následující rovnice-
Pro monoatomický plyn jsou hodnoty pro molární specifické ohřevy-
Převedením jednotek Cp získáme,
Odvedená práce je pak
5200 x (1190-839) = 1.825 MJ/kg
Skutečná odvedená práce je,
Je vyšší isentropická účinnost lepší?
Efektivitou se rozumí čistý výkon dodávaný s použitím určitého množství vstupů. Pokud je dodaný výkon vyšší, pak je dosažená účinnost také větší.
Vyšší izentropická účinnost znamená vyšší dosažený výkon. Vždy je žádoucí, aby turbína produkovala více práce nebo výkonu. Proto je lepší, když je isentropická účinnost vyšší. Rovněž se zvyšováním izentropické účinnosti turbíny se snižuje nevratnost turbíny, což přímo zvyšuje požadovaný pracovní výkon.
Je turbína adiabatická?
Adiabatický znamená ne přenos tepla probíhá Ie Qin – Qout je nula.
Turbíny jsou adiabatická zařízení. Při navrhování turbín je třeba vzít v úvahu následující body-
- Turbína je adiabatické a reverzibilní.
- Kinetické a potenciální energie jsou zanedbatelné.
- Provádějí se pouze práce na hřídeli.
- Entalpie se mění, a proto NENÍ isenthalpickým procesem.
Výše uvedené body, pokud jsou psány matematicky, lze zavést speciální rovnici nazývanou jako energetická rovnice ustáleného stavu (SFEE).
SFEE lze zapsat jako-
Co je to tryska?
Trysky zvyšují kinetickou energii tekutiny při expanzi tlakové energie. Trysky mají své aplikace v podzvukových i nadzvukových tocích.
Trysky se používají v hadicových potrubích ke zvýšení rychlosti proudění vody, používají se také v raketových motorech k produkci vysokého tahu, používané v Peltonově turbíně ke zvýšení rychlosti proudění vody, která zasáhne běžce.
Obrázek kreditů: Raketendüse, CC BY-SA 3.0
Typy trysek
Tryska se řídí rovnicí kontinuity. Trysky jsou klasifikovány na základě požadované rychlosti kapaliny a mach čísla pracovního média.
Podle počtu strojů a požadované rychlosti lze trysky klasifikovat jako-
- Konvergentní tryska- má větší plochu na vstupu a menší plochu na výstupu. Částice tekutiny spěchají výstupem vyšší rychlostí, aby udržely kontinuitu toku.
- Divergentní tryska- má menší plochu na vstupu a větší plochu na výstupu. Částice tekutiny vystupují nižší rychlostí.
- Konvergentní- divergentní tryska- Tento typ trysky je směsí konvergentních a divergentních trysek. Tyto trysky se používají pro nadzvukové proudění ve stlačitelných tekutinách. Při použití této trysky je mach číslo vždy větší než 1.
SFEE pro trysku
Při psaní SFEE pro trysku existují určité předpoklady. Tyto předpoklady závisí na aplikaci zařízení, tyto předpoklady nemusí být stejné při psaní SFEE pro turbínu.
Předpoklady pro zápis SFEE pro trysku jsou-
- Stěny trysek jsou adiabatické.
- Neexistuje žádná pracovní interakce.
- Zanedbatelný rozdíl potenciální energie.
- Vstupní kinetická energie je ve srovnání s výstupní kinetickou energií zanedbatelná.
Podle výše uvedených předpokladů lze SFEE pro trysku zapsat jako-
Části konvergentní divergentní trysky
Konvergentní divergentní tryska se používá, když je strojní číslo toku tekutiny větší než 1. C/D tryska má tři hlavní oblasti. Každý region má své vlastní tokové charakteristiky.
Tři hlavní oblasti C/D trysky jsou-
- Vstup- Tekutina vstupuje nižší rychlostí vstupem.
- Hrdlo- rychlost kapaliny se rovná místní rychlosti zvuku, tj. Machovo číslo se rovná 1. Tlak v této oblasti se nazývá kritický tlak a rychlost se nazývá kritická rychlost.
- Konec- Tekutina opouští tuto oblast.
Izentropická účinnost trysky
Trysky zvyšují kinetickou energii tekutiny při expanzi tlakové energie. Trysky se používají v podzvukových, zvukových i nadzvukových proudech.
Poměr skutečné výstupní kinetické energie k izentropické výstupní kinetické energii se nazývá izentropická účinnost trysky.
Izentropickou účinnost trysky lze zapsat jako-
