Потери энергии в турбинной ступени, относительный лопаточный и внутренний кпд. Виды потери энергии

46. Виды потерь энергии.

Потери удельной энергии в потоке жидкости, безусловно, связаны с вязкостью жидкости, но сама вязкость - не единственный фактор, определяющий потери напора. Но можно утверждать, что величина потерь напора почти всегда пропорциональны квадрату средней скорости движения жидкости. Эту гипотезу подтверждают результаты большинства опытных работ и специально поставленных экспериментов. По этой причине потери напора принято исчислять в долях от скоростного напора (удельной кинетической энергии потока). Тогда:

Потери напора принято подразделять на две категории:

потери напора, распределённые вдоль всего канала, по которому перемещается жидкость (трубопровод, канал, русло реки и др.), эти потери пропорциональны длине канала и называются потерями напора по длинесосредоточенные потери напора: потери напора на локальной длине потока (достаточно малой по сравнению с протяжённостью всего потока). Этот вид потерь во многом зависит от особенностей преобразования параметров потока (скоростей, формы линий тока и др.). Как правило, видов таких потерь довольно много и их расположение по длине потока зачастую далеко не закономерно. Такие потери напора называют местными потерями или потерями напора на местных гидравлических сопротивлениях. Это вид потерь напора также принято исчислять в долях от скоростного напораТогда полные потери напора можно представить собой как сумму всех видов потерь напора:

Оценка величины местных потерь напора практически всегда базируются на результатах экспериментов, по результатам таких экспериментов определяются величины коэффициентов потерь. Для вычисления потерь напора по длине имеются более или менее надёжные теоретические предпосылки, позволяющие вычислять потери с помощью привычных формул.

47.Зависимость для определения потерь напора по длине и на местные сопротивления. Практическое применение.

48. Гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые трубы.

Потери напора по длине потока могут весьма существенно зависеть от характеристик шероховатости стенок трубы, в которых происходит движение. Поверхность стенок, ограничивающих поток, всегда отличается от идеально гладкой поверхности наличием выступов и неровностей. Величина и форма этих выступов зависят от материала стенки, от его обработки, условий эксплуатации, в процессе которой возможна коррозия, могут выпасть и осесть на стенках твердые частицы наносов и т.п. В дальнейшем мы не будем детально изучать различные виды шероховатости, а будем представлять стенки труб покрытыми однородными бугорками со средней абсолютной высотой выступа шероховатости, обозначаемой Δ.

В зависимости от того, как относятся размеры выступов шероховатости и толщина ламинарной пленки, все трубы могут быть при турбулентном режиме движения подразделены на три вида.

Если высота выступов шероховатости Δ меньше, чем толщина ламинарной пленки (Δ <δ), то в этом случае шероховатость стенок не влияет на характер движения и соответственно потери напора не зависят от шероховатости, а стенки называются гидравлически гладкими.

Когда высота выступов шероховатости превышает толщину ламинарной пленки (Δ <δ), то потери напора зависят от шероховатости, и такие трубы называются гидравлически шероховатыми. В третьем случае, являющемся промежуточным между двумя вышеуказанными, абсолютная высота выступов шероховатости примерно равна толщине ламинарной пленки. В этом случае трубы относятся к переходной области сопротивления. Толщина ламинарной пленки определяется по формуле:

(1.87)

Итак, различают стенки (трубы, русла) гидравлически гладкие и шероховатые. Такое разделение является условным, поскольку, как следует из формулы (1.87), толщина ламинарной пленки обратно пропорциональна числу Рейнольдса (или средней скорости). Таким образом, при движении вдоль одной и той же поверхности с неизменной высотой выступа шероховатости в зависимости от средней скорости (числа Рейнольдса) толщина ламинарной пленки может изменяться. При увеличении числа Рейнольдса толщина ламинарной пленки δ уменьшается и стенка, бывшая гидравлически гладкой, может стать шероховатой, так как высота выступов шероховатости окажется больше толщины ламинарной пленки и шероховатость станет влиять на характер движения и, следовательно, на потери напора.

Для последующих практических расчетов можно принимать ориентировочные значения высоты выступа шероховатости для труб: трубы новые стальные и чугунные - Δ ≈ 0,45 - 0,50 мм, трубы, бывшие в эксплуатации (так называемые «нормальные»), Δ ≈ 1,35 мм.

Таким образом, зная высоту выступа шероховатости и определив толщину ламинарной пленки, можно, сравнив их размеры, определить, гидравлически гладкой или гидравлически шероховатой будет стенка, ограничивающая поток в трубе.

studfiles.net

1.5. Потери энергии при движении жидкости (1 часть)

1.5. Потери энергии при движении жидкости

Характер и виды потерь энергии. Ламинарный и турбулентный режимы движения. Получение конкретных зависимостей для расчета потерь энергии при движении жидкости в трубах и каналах является основным содержанием внутренней задачи гидродинамики. Различают два вида потерь энергии при установившемся напорном движении жидкости: потерю энергии по длине hl и местные потери энергии, каждую из которых обозначим hмс.

К потере энергии по длине относится та часть энергии потока, которая расходуется на преодоление трения в прямолинейных участках труб и каналов, где движение жидкости равномерное или плавноизменяющееся. Эта энергия переходит в теплоту и безвозвратно теряется потоком.

К местной потере энергии относится та часть энергии потока, которая расходуется также на преодоление трения, но в местах, где поток претерпевает резкую деформацию. В результате на некотором сравнительно небольшом участке нарушается равномерное движение жидкости, ее скорость изменяется по величине и направлению. Деформация потока (нарушение его нормальной конфигурации) имеет место при его входе в трубу, при резком расширении и сужении трубопровода, в местах, где установлены вентили, краны, при поворотах трубы и т. п.

Рис. 1.38. Трубопровод с участками местных сопротивлений

редставим поток в трубопроводе (Рис. 1.38), включающем участки: поворот А; резкое расширение Б; резкое сужение В; задвижку Г (частично открытую).

Помимо потерь энергии по длине между сечениями 1-1 и 2-2 в данном случае будут еще четыре местные потери энергии.

В общем случае для участка потока в трубе, заключенного между двумя сечениями, полная потеря энергии

. (1.146)

Чтобы определить величину касательных напряжений, обусловливающих потери энергии, необходимо изучить режимы движения жидкости (ламинарный и турбулентный).

При ламинарном (от лат. lamina  слой) движении отдельные частицы жидкости в трубе перемещаются по прямолинейным траекториям параллельно стенкам трубы и друг другу. Никаких поперечных перемещений частиц не происходит. Иначе говоря, жидкость в круглой трубе движется как бы концентрическими кольцевыми слоями, которые не перемешиваются между собой.

При турбулентном (от лат. turbulentus  неупорядоченный, бурный) движении отдельные частицы жидкости или целые группы частиц конечных размеров («жидкие комки») ведут себя приблизительно как молекулы по представлениям кинетической теории газов, т. е. пребывают в состоянии хаотичного движения. Поскольку поток в целом движется прямолинейно, «жидкие комки» наряду с общим поступательным движением имеют и случайные поперечные перемещения; во всем потоке происходит процесс непрерывного перемешивания частиц жидкости.

Турбулентный поток по своим свойствам резко отличается от ламинарного. При ламинарном режиме потери энергии по длине пропорциональны первой степени скорости, при турбулентном  приблизительно квадрату скорости.

Условия перехода от ламинарного течения капельной жидкости к турбулентному и,наоборот в круглых трубах впервые в 1883-1885 гг. изучил английский ученый О. Рейнольдс. Он установил, что этот переход определяется четырьмя физическими величинами: средней скоростью течения , диаметром трубы d, вязкостью жидкости  и ее плотностью , составляющими безразмерный комплекс, получивший название критерия (числа) Рейнольдса Re.

В своих исследованиях Рейнольдс пришел к выводу, что существует некоторое критическое значение Reкр, являющееся границей между ламинарным и турбулентным режимами течения, и нашел его: Reкр = 2320.

При Re>2320 движение будет турбулентным, а при Re<2320  ламинарным.

Более тщательные исследования, выполненные в последние годы, свидетельствуют о том, что в практике нередко встречаются с течениями, когда в потоках есть ламинарные и турбулентные участки. При возрастании числа Re и приближении его к критическому в ламинарном потоке образуются очаги, имеющие турбулентный характер. Это явление называется перемежаемостью. Ее характеристикой является коэффициент перемежаемости =, выражающей долю времени существования турбулентного режима в рассматриваемой точке пространства. При полностью ламинарном течении = 0, при полностью турбулентном= 1.

Перемежающая турбулентность существует в пределах изменения числа Рейнольдса от 2000 до 4000, поэтому более точные условия существования ламинарного и турбулентного режимов течения в трубах следующие: Re  2000  ламинарный режим, Re > 4000  турбулентный режим. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от структуры потока, наличия примесей. Значения чисел Рейнольдса (Re  2000 и Re > 4000)относятся к равномерному течению чистых жидкостей и газов в трубах. При неравномерном движении на значение Reкр существенно влияет характер изменения скоростей вдоль течения. Например, в сужающихся трубах (конфузорах), где скорость возрастает по течению и само течение более устойчиво, нижнее значение Reкррезко возрастает (до 20000 для труб круглого сечения). В расширяющихся трубах (диффузорах), где скорость уменьшается по течению, переход от турбулентного режима к ламинарному происходит при Reкр< 2000.

Решение уравнения движения вязкой жидкости НавьеСтокса для ламинарного режима: законы Стокса, Гагена-Пуазейля, формулы Дарси-Вейсбаха и Пуазейля. Движение вязкой жидкости, в том числе и ламинарное, описывается уравнениями НавьеСтокса (1.56)

(1.147)

которые замыкаются уравнением неразрывности

(1.148)

и характеристическим уравнением .

Для установившегося движения несжимаемой однородной жидкости в цилиндрической трубе уравнения упростятся, т. к.  установившееся движение;  несжимаемая жидкость;  осесимметричное течение;  = const  однородная жидкость.

Для условий поля сил земного тяготения X = Y = 0, Z = g. Уравнения Навье-Стокса примут вид

;

; (1.149)

а уравнение неразрывности

(1.150)

Анализируя (1.150) можно придти к выводу, что скорость в продольном направлении не изменяется.

Второе уравнение (1.149) означает, что в направлении горизонтальной оси изменение давления равно нулю, иначе говоря, давление в горизонтальных плоскостях постоянно.

Третье уравнение (1.149) выражает закон распределения давления в вертикальных плоскостях. Вследствие малого диаметра труб, применяемых на практике, изменение давления по сечению трубы будет незначительным, поле давления в нем можно считать однородным, а третьим уравнением можно пренебречь. Тогда уравнение движения вязкой несжимаемой однородной жидкости в цилиндрической трубе

. (1.151)

Поскольку правая часть (1.151) является функцией только y и z, а левая  только x, то ввиду независимости координат друг от друга существование его возможно в том случае, когда каждая ее часть представляет собой постоянную величину (метод разделения переменных).

Заменяя частную производную полным дифференциалом и обозначая через падение давления на участке трубы длинойl, получим

const. (1.152)

Знак «» означает уменьшение давления в направлении оси x. Величина представляет собой потери давления на единицу длины, идущие на преодоление сил трения при движении жидкости.

Рис. 1.39. Ламинарное движение жидкости в трубе

ассмотрим некоторое кольцевое сечение на расстоянииr от оси трубы при ламинарном режиме движения жидкости в трубе (Рис. 1.39).

Так как y = z = r , то с учетом (1.152) уравнение (1.149) принимает вид

, (1.153)

но ux зависит только от r, следовательно уравнение можно записать через полный дифференциал

. (1.154)

Повторно интегрируем (1.154):

. (1.155)

Найдем постоянные интегрирования в (1.155): при r = 0 (на оси трубы) , следовательно, c1 = 0; при r = R (на стенке трубы) ux = 0, т. к. вблизи стенки существует прилипший слой жидкости (условие прилипания). Тогда из (1.155)

, а .

Следовательно,

Окончательно имеем

. (1.156)

На оси трубы скорость

, (1.157)

имеет максимальное значение и с учетом (1.157)

. (1.158)

Уравнение (1.158) выражает собой закон параболического распределения скоростей по сечению трубы (закон Стокса). Линии равных скоростей (изотахи) будут представлять собой концентрические окружности, а их совокупность образует поверхность параболоида вращения.

Среднюю скорость определим из уравнения расхода

Элементарную площадку выберем в форме кольца радиусомr и толщиной dr (см. Рис. 1.39), в пределах которого скорость одна и та же и определяется по

Площадь кольца = (с точностью до малых второго порядка).

Полный расход через площадь поперечного сечения трубы

Итак,

, (1.159)

или, выражая радиус трубы через ее диаметр из (1.159), получаем уравнение Хагена-Пуазейля

. (1.160)

Площадь поперечного сечения трубы , или, выражая радиус трубы через ее диаметр , .

Тогда , или . (1.161)

Сравнивая выражения для средней и максимальной скоростей, можно сделать вывод, что средняя скорость равна половине максимальной

. (1.162)

Гидравлическое сопротивление при ламинарном движении. Запишем уравнение Бернулли для двух сечений трубопровода

Если трубопровод горизонтален и одного сечения, то z1 = z2 и , а

. (1.163)

Выразим из (1.163) перепад давлений , и поставим его значение в формулу (1.160):

. (1.164)

Расход жидкости в трубе при ламинарном режиме движения может быть определен также по уравнению (1.26):

Приравняем правые части уравнений (1.164) и (1.26):

откуда

. (1.165)

Умножим и разделим (1.1) на , тогда

или . (1.166)

Обозначая через  коэффициент гидравлического трения в трубах, получим формулу Дарси-Вейсбаха

. (1.167)

При расчете потерь энергии по длине трубопровода некруглого сечения в формулу (1.167) подставляют эквивалентный диаметр, рассчитанный по формуле (1.30), а определяют как функцию от числа Рейнольдса, подсчитанного по эквивалентному диаметру, причем

, (1.168)

где B  коэффициент формы, постоянный для данной формы живого сечения: квадрат  57, равносторонний треугольник  53, кольцо  96.

Зависимость (1.167) называют формулой Пуазейля.

Касательные напряжения при ламинарном движении. Согласно закону Ньютона (1.10)

Подставляя в (1.10) значение ux, получим

Рис. 1.40. Распределение касательныхнапряжений по сечению трубы

риr = 0 (на оси трубы), = 0; при r = R (на стенке трубы), .

Тогда , откуда для ламинарного режима движения имеем линейное распределение касательных напряжений по сечению трубы (Рис. 1.40).

Касательное напряжение на стенке

или . (1.169)

Отношение касательного напряжения на стенке к плотности имеет размерность квадрата скорости и носит название динамической скорости или скорости касательного напряжения на стенке и обозначается

. (1.170)

Согласно (1.126)  гидравлический уклон.

Из (1.169)

. (1.171)

Преобразуем формулу Дарси-Вейсбаха к виду ; так как , то , или с учетом (1.178) , откуда

. (1.172)

Из (1.28) следует и . (1.173)

Основные характеристики турбулентного движения. Подавляющее число движений, встречающихся в технике – турбулентное. Хаотичность турбулентного движения с кинематической точки зрения означает, что скорости жидкости в отдельных точках пространства, через которые она протекает, непрерывно изменяется по величине и направлению.

Скорость u в данной точке турбулентного потока, измеренную в данный момент времени, называют мгновенной. Мгновенная скорость с течением времени изменяется (Рис. 1.41).

Рис. 1.41. Характер изменения

мгновенной скорости

Осредненной называют среднюю за некоторый промежуток времени скорость в данной точке:

, (1.174)

где  промежуток времени, для которого производится осреднение.

Понятие осредненной скорости впервые было предложено Буссинеском (1868 г.) и развито Рейнольдсом. С помощью этого понятия действительный турбулентный поток с его беспорядочно движущимися массами жидкости заменяют воображаемой моделью потока, представляющей совокупность элементарных струек. Их скорости по величине и направлению равны осредненным скоростям.

Отклонение мгновенной скорости от ее осредненного значения,

, (1.175)

называют пульсационной скоростью или пульсацией. Для установившегося движения пульсации изменяют свою величину и знак так, что эффект их осреднения во времени равняется нулю

. (1.176)

Для , промежуток времени осреднениядолжен быть достаточно большим. Учитывая, что флуктуация скорости в турбулентном потоке происходит с большой частотой, промежуток времени, необходимый для ее осреднения, составляет несколько секунд.

Турбулентные касательные напряжения и механизм их возникновения.

Рис. 1.42. Механизм возникновения турбулентных касательных напряжений

Выделим элементарный слой жидкости, движущейся в направлении оси x с осредненной скоростью (Рис. 1.42). За время dt (меньшее периода осреднения) в силу наличия пульсационной составляющей скорости в поперечном направлении через площадку пройдет элементарная масса жидкости.

Для определения количества движения этой массы жидкости в направлении оси x ее нужно умножить на пульсационную составляющую скорости в направлении x  . Следовательно, количество движения равно.

Внедряясь в близлежащий слой (на Рис. 1.42 он показан пунктиром), элементарная масса теряет свое количество движения, вследствие чего возникает импульс силы .

Сила имеет одинаковое направление со слоем и стремится подтянуть (подравнять по скорости) площадку, лежащую вблизи и обозначенную штриховой линией, к площадке . Однако в соответствии с законом Ньютона возникает сила сопротивления , тормозящая движение этой площадки,

. (1.177)

Поделив обе части уравнения (1.177) на , получим выражение для касательного напряжения.

Итак, касательные напряжения в турбулентном потоке обусловливаются пульсациями или обменом количества движения между соседними слоями жидкости. Слой, движущийся с большей скоростью, подтягивает за собой отстающий и наоборот слой, который движется медленнее, тормозит опережающий. Знак «минус» показывает, что сила сопротивления имеет направление, противоположное продольной пульсации.

Осредненные касательные напряжения

, (1.178)

причем в (1.178) осредненное значение произведения пульсаций не равно нулю.

В схематизированном турбулентном потоке, кроме указанных сил турбулентного обмена вследствие пульсаций, еще проявляются (главным образом вблизи стенки) силы внутреннего трения или вязкости, определяемые по формуле (1.10). Полное касательное напряжение от турбулентных пульсаций и сил вязкости

=+=+. (1.179)

Коэффициент турбулентного переноса. В 1867 г. Буссинеск предложил турбулентное касательное напряжение изображать внешне похожим на закон вязкостного трения Ньютона (1.10)

, (1.180)

где

, (1.181)

называют коэффициентом турбулентной вязкости, или коэффициентом турбулентного переноса. В отличие от коэффициента динамической вязкости в формуле (1.10) коэффициентучитывает не молекулярную структуру жидкости, а особенности турбулентного движения. Он зависит от расстояния до твердой стенки. С приближением к твердой стенке турбулентность затухает, иуменьшается.

Измеряя осредненные скорости и пульсации потока, можно с помощью выражения (1.181) определить коэффициент в данной точке. В некоторых точках потокав сотни и даже тысячи раз больше. Выражение для полного касательного напряжения в турбулентном потоке (1.186) может быть записано как

. (1.182)

Масштаб турбулентности и диссипация энергии. Формулы (1.178) и (1.182) не раскрывают физического содержания явления, поскольку диссипация (рассеяние) энергии происходит не вследствие фиктивной турбулентной вязкости , а в результате действия молекулярной вязкости при беспорядочном движении отдельных частиц жидкости.

По А.Н. Колмогорову механизм диссипации следующий. В турбулентном потоке существуют пульсации разных масштабов. Под масштабом пульсаций (турбулентности) понимают порядок величины расстояний, пройденных «жидкими комками» при их беспорядочном движении в турбулентном потоке как единое целое (с сохранением их индивидуальности). Наибольший масштаб турбулентности определяется размерами установки. Крупномасштабные пульсации переходят в пульсации меньшего масштаба практически без рассеивания энергии, пока они не станут достаточно малыми. Так возникает своеобразный «каскадный» процесс, при котором энергия осредненного движения последовательно передается все меньшим пульсациям, вплоть до движений минимального масштаба, где превалирует влияние вязкости.

studfiles.net

3. Виды и краткая характеристика потерь энергии и ресурсов в тепловых сетях.

При передаче теплоносителя по теплосетям возникают следующие потери энергии:

- потери теплоэнергии через изоляцию трубопроводов

- потери с утечками теплоносителя

- потери на прокачку теплоносителя

- потери связанные с неоптимальными тепловыми и гидравлическими режимами работы теплоносителя

Потери теплоты с поверхности трубопроводов определяются по разному в зависимости от способов прокладки тепловых сетей(наземная, в каналах, безканальная)

Если трубопровод на открытом воздухе, потери теплоты с его неизолированной поверхности или с поверхности теплоизоляции происходят за счёт конвекции и излучения на поверхность окружающих его объектов,

в случае канальной прокладки имеет место передача теплоты конвекцией и излучением от поверхности теплоизоляции к внутр.поверхности канала, а далее за счёт теплопроводности через слой грунта.

Тепловые потери с поверхности трубопроводов увеличиваются при увлажнении теплоизоляции

Большая часть аварий до 90% приходится на подающие трубопроводы, в которых вода движется с более высокой температурой и под большим давлением.

БИЛЕТ

1. Приемники электрической энергии, их основные характеристики.

Электроприёмники подразделяются на:

1) по режимам работы, при этом отличаются:

- с продолжительно неизменной нагрузкой.

- с кратковременной нагрузкой. При работе Электроприёмников их температура ниже длительно допустимой, а за время остановок токоведущие части остывают до температуры окружающей среды.

- с повторно кратковременной нагрузкой. Длительность цикла вкл./откл. не превышает 10 мин. при работе электроприёмников их температура ниже длительно допустимой, а за время остановок токоведущие части не остывают до температуры окруж.среды

2) по мощности и напряжению:

- электроприёмники большой мощности 80-10 кВ, 6-10кВт;

- малой и средней мощностей, меньше 80 кВ

3) по роду тока (переменный, постоянный)

4) по степени надёжности (1, 2 и 3 группы) при этом степень надёжности электроприёмников определяется в зависимости от последствий, которые имеют место при внезапном перерыве в электроснабжении.

2. Коэффициент теплофикации и определение его оптимального значения. Использование пиковых водогрейных котлов.

Пиковый водогрейный котел - Котел, устанавливаемый на ТЭЦ для дополнительного нагрева прямой сетевой воды сверх нагрева в сетевых подогревателях паровой турбины в холодное время года. Обычно этот нагрев осуществляется в пределах 100-150°С.

Пиковый водогрейный котел (пвк) работает в пиковом режиме при тепловых нагрузках от минимальной до номинальной, подогревая сетевую воду от по до 150°с. поддержание на входе в пвк температуры сетевой воды 110°с направлено на повышение температуры стенок трубок и тем самым на снижение низкотемпературной коррозии при работе на мазуте. постоянная температура сетевой воды на входе 110°с при переменной и более низкой температуре ее после сетевых подогревателей достигается включением насоса рециркуляции, возвращающего часть воды после подогрева на вход в котел.

Подмешивание горячей воды (150°с) к более холодной позволяет получить температуру 110°с. На смену первому поколению водогрейных котлов башенной компоновки типов ПТВМ-100 и ПТВМ-180 пришли газомазутные котлы типов КВ-ГМ-100 и КВ-ГМ-180 конструкции барнаульского котельного завода (бкз). Топка и опускные газоходы имеют общие промежуточные экраны Топочная камера призматическая, вертикальная, открытого типа. Объем топочной камеры 763 м3. Экраны топочной камеры собираются из 12 блоков. Экраны выполнены из труб 0 60X4 мм, сталь марки 20. В нижней части фронтовой и задний экраны образуют скаты под топки.

Верх топочной камеры закрыт потолочными экранами, переходящими в боковые стенки опускных газоходов. Топочная камера оборудована шестью вихревыми газомазутными горелками, расположенными симметрично на боковых стенках треугольником с вершиной вверх. Горелки по воздуху выполнены двухпоточным, что позволяет осуществлять работу топки при сниженных нагрузках. В каждой горелке установлена паромеханическая мазутная форсунка, оборудованная механизмом выдвижения, что позволяет дистанционно перемещать форсунку в рабочее положение. Конвективные поверхности нагрева расположены в двух опускных газоходах с полностью экранированными стенами. Ограждающими поверхностями каждой конвективной шахты являются промежуточная стена котла, боковая стена котла, фронтовая и задняя стены конвективной шахты. Схема движения сетевой воды в котле КВ-ГМ-180 при работе в пиковом режиме. Сетевая вода из входной камеры 0 720X12 мм поступает в нижние камеры фронтового, заднего, промежуточных экранов топки и в нижние камеры боковых — потолочных экранов опускных газоходов, после чего по стоякам и конвективным пакетам движется сверху вниз и поступает в выходную камеру 0 720X12 мм.

Для очистки конвективных поверхностей нагрева от отложений при работе на мазуте предусмотрена дробеочистка. Воздух в котел КВ-ГМ-180 подает один вентилятор. Предварительный подогрев воздуха до положительных температур осуществляется в водяных калориферах. Предусмотрена установка одного дымососа, а также одного дымососа рециркуляции, который забирает газы перед последним конвективным пакетом и подает их в воздухопровод перед дутьевым вентилятором.

Номинальный расход сетевой воды через котел при пиковом режиме 4420 т/ч. Барнаульский котельный завод выпускает также пылеугольные водогрейные котлы типа КВ-ТК-ЮО. Котел имеет П-образную компоновку. Топка с сухим шлакоудалением.

Тепловая нагрузка в отопительный период изменяется в соответствии с температурным графиком теплоснабжения и имеет минимальную мощность при включении отопления и максимальную мощность для расчётных температур. Тепловая станция должна покрывать всю тепловую нагрузку во всем диапазоне изменения температур и для повышения коэффициента использования топлива часть тепловой нагрузки покрывается теплофикационными отборами турбин (комбинированная выработка тепла и электричества). Поскольку максимальная нагрузка встречается редко использование теплофикационных отборов турбин не оправдано и не экономично во всем диапазоне изменения нагрузок. Дефицит тепловой мощности в максимум теплопотребления покрывается отопительными котельными. Отношение тепловой мощности теплофикационных отборов паровых турбин к суммарной тепловой мощности теплофикационных отборов турбин и отопительных котельных называется — коэффициентом теплофикации.

Оптимальный коэф.теплофикации α зависит в основном от технического совершенства оборудования ТЭЦ, КЭС и котельных, удельных капиталовложений в их сооружение, вида и стоимости сжигаемого топлива. Как показывают проведённые исследования при работе КЭС, ТЭЦ И котельных на органическом топливе примерно одинаковой стоимости оптимальное значение коэф.теплофикации лежит в пределах от 0,35 - до 0,7.

Для ориентировочного определения коэффициента теплофикации может быть использован метод, предложенный Самановым. Идея метода заключается в том, что при оптимальном коэффициенте теплофикации производная прироста удельной экономии годовых расчётных затрат по приросту электрической мощности ТЭЦ равна 0.

studfiles.net

50. Потери энергии по длине. Основные расчетные зависимости

Потери энергии на трение по длине возникают в прямых трубах постоянного сечения, при равномерном течении, и возрастают пропорционально длине трубы (рис. 7. 2).

Эти потери обусловлены внутренним трением в жидкости. Потери напора на трение можно выразить по общей формуле (6.1) для гидравлических потерь, т. е.

h тр = ζ тр v2/(2g).

Однако, удобнее коэффициент ζтр связать с относительной длиной трубы l/d.

Обозначим коэффициент потерь участка круглой трубы длиной l =d равной ее диаметру и обозначим его через λ. Для всей трубы длиной l и диаметром d не равным длине трубы, коэффициент потерь будет в l/d раз больше:

ζ тр = λ* l/d .

В результате формула (7.1) примет вид

(6.10)

или в единицах давления

ртр = λ* . (6.11)

Формулу (6.10) называют формулой Вейсбаха - Дарси.

Коэффициент, входящий в выражение (6.2) называется коэффициент потерь на трение по длине λ, или коэффициентом Дарси.

(Физический смысл коэффициента λ. При равномерном движении в трубе длиной l и диаметром d, имеет место равновесие сил, действующих на объем: сил давления и силы трения. Это равновесие выражается равенством

πd2pтр/4 - πdlτ0 = 0,

где τ0 — напряжение трения на стенке трубы.

Если учесть формулу (6.10), то

λ= ,

λ есть величина, пропорциональная отношению напряжения от силы трения на стенке трубы к динамическому давлению, определяемому по средней скорости.

Ввиду постоянства объемного расхода несжимаемой жидкости вдоль трубы постоянного сечения скорость и удельная кинетическая энергия также остаются.

51. Местные потери энергии. Расчетные формулы.

Местные потери энергии вызваны изменениями формы и размера трубопровода, вызывающими деформацию потока. Жидкости, протекая через местные сопротивления изменяет скорость и образует вихри. После отрыва потока от стенок вихри образуют области, в которых частицы жидкости движутся в основном по замкнутым траекториям.

В качестве примера местного сопротивления рассмотрим внезапное расширение трубы. В местах завихрений происходит интенсивное перемешивание, соприкасаются слои жидкости, имеющие разные скорости, а, следовательно, появляются силы трения. Работа сил трения в этом месте приводит к потерям энергии.

В этом месте происходит

интенсивное перемешивание

и силы трения совершают работу,

приводящую к потерям напора

Аналогичные явления возникают и при прохождении жидкости через повороты, вентили, задвижки и т.д. Механизм появления потерь подсказывает и способы снижения потерь. Плавное изменение скорости по величине и направлению может снизить эти потери в десятки раз.

Как отмечалось выше, для расчета местных потерь используется другая зависимость

Запомнить!

Формула аналогична формуле Дарси-Вейсбаха.Отличие формулы в первой ее части. Появилась сумма коэффициентов местного сопротивления.

Обратить внимание!

Линейные и местные потери по мере движения жидкости по трубе складываются. Рассмотрим, что происходит с напором при движении жидкости по трубе.

Вентиль

Линейные потери

на 1 участке

Местные потери

на вентиле Линейные потери

на 2 участке

Напор на входе в трубу (Н1) Напор на выходе из трубы (Н2)

Как видно из рисунка, напор (энергия жидкости) на входе складывается из потерь на преодоление сопротивлений 1 участка, вентиля, 2 участка и напора на выходе из трубы. В связи с этим можно представить уравнение Бернулли для реальной жидкости в виде:

Н1 = Н2 + hлинейные + hместные

studfiles.net

Потери энергии в турбинной ступени, относительный лопаточный и внутренний кпд

Относительный лопаточный кпд- отношение полезной работы, развиваемой ступенью к располагаемой энергии ступени, которая предоставляется ступени для преобразования в механическую.

Полезная работа ступени ℓст =-Δhс-Δhр-Δhвс, где

–теплоперепад ступени, кДж/кг;

Δhс – потеря энергии в сопловой решетке, кДж/кг;

Δhр - потеря энергии в рабочей решетке, кДж/кг;

Δhвс- потеря с выходной скоростью, кДж/кг.

Располагаемая энергия ступени

Относительный лопаточный кпд для ступени, за которой используется выходная скорость .

Относительный лопаточный кпд для ступени, за которой не используется выходная скорость .

Наибольшее влияние на ступени оказывает отношение скоростей Хф, определяющее потерю с выходной скоростью. Хф=, где

u-окружная скорость;

с ф-фиктивная скорость.

При отклонении Хф от оптимального значения резко возрастает потеря с выходной скоростью, что приводит к снижению .

, где

ρ – степень реакции;

- угол выхода из сопловых каналов;

φ – коэффициент скорости.

Относительный лопаточный КПД характеризует качество решеток ступени и потерю с выходной скоростью. Поскольку окружная скорость ограничена прочностью вращающихся деталей (дисков, лопаток), то ограниченной оказывается и Сф, т.е. теплоперепад , срабатываемый в одной ступени. Именно поэтому конструкция турбины выполняется многоступенчатой.

Отношение внутренней работы ступени к ее располагаемой энергии называется относительным внутренним кпд ступени:

Потери с протечками пара и на трение

Потери с протечками, связанные с тем, что часть пара протекает через зазоры ступени и полезной работы не совершает. Это относится к пару, протекающему через диафрагменное уплотнение и поступающего либо через разгрузочные отверстия в диске (для разгрузки упорного подшипника от осевого усилия) к диафрагме следующей ступени, либо в корневое сечение рабочей лопатки. Часть пара проходит над бандажом рабочих лопаток. Для уменьшения протечек между вращающимися и неподвижными элементами устанавливают лабиринтовое уплотнение.

Если из работы лопаток ступени вычесть потери от протечек и трения, то получится внутренняя работа ступени, развиваемая на валу турбины. Потери на трение диска вызываются силами трения между вращающимся диском и паром. Они тем выше, чем больше окружная скорость u диска, его диаметр d и плотность среды, в которой вращается диск.

Таким образом , где

- относительные величины потери на утечки и трение.

Потери от влажности

В ступенях турбин АЭС и в последних ступенях турбин ТЭС протекает влажный пар, что приводит к потерям от влажности и дополнительному снижению ηoi. Капли влаги, особенно крупные, протекают через ступень по своим траекториям, отличным от течения пара, они вызывают тормозящий эффект, капли влаги не успевают разогнаться до скорости пара.

Потери энергии в турбинной ступени

- профильные Частицы пара, прилегающие к стенкам сопла движутся медленнее частиц, находящихся в центральной части струи. Протекание пара через сопло сопровождается вихревым движением их, шероховатость стенок также влияет на их движение. Трение приводит к повышению теплосодержания пара, уменьшается скорость, образуется пограничный слой: -кромочные потери, возникающие в кромочном следе при сходе потока с выходной кромки профиля; При сходе потока с кромок поток отрывается и за кромками образуются вихри, которые образуют кромочный след. При этом средняя скорость в следе уменьшается и растут потери энергии в потоке. Волновые потери связаны с образованием в потоке при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях на выходе из решётки скачков уплотнения. Скачки уплотнения утолщают пограничный слой и отрыв потока, что увеличивает потерю энергии.

- суммарные. Состоят из профильных, концевых, веерных и потерь от влажности. Чем меньше верность, тем больше потери от верности. Это отличие в потоках пара на различных радиусах с взаимодействием с соседскими решётками. На последних ступенях образуются капельки влаги, которые под действием центробежной силы отбрасываются к периферии. Капли получают ускорение от частиц пара основного потока. Т.е. на сообщение ускорения капелькам расходуется некоторое количество энергии. Капли движутся под углом к спинкам лопаток, которые испытывают удары. Выходные кромки лопаток эрозируются, а сами лопатки тормозятся.

№ 11

studfiles.net

6.1. Классификация потерь

ГЛАВА ШЕСТАЯ. Потери и КПД

В электромеханических преобразователях (электрических машинах) электромеханическое преобразование энергии происходит с обязательным преобразованием части электрической энергии (режим двигателя) или механической (режим генератора) — в тепло [6]. Так как эта часть энергии «теряется» в процессе преобразования, ее принято называть потерями, а отношение полезной работы к затрачиваемой — коэффициентом полезного действия КПД.

КПД — основной показатель энергетических характеристик электрических машин и его расчет имеет важное значение при их проектировании. Чтобы определить КПД машины, надо, по возможности, точно рассчитать потери. Потери в отдельных ее частях необходимо также знать для определения в них температуры, что влияет на расчет размеров и геометрию основных конструкционных узлов электрических машин. Потери в электрических машинах делятся на основные и добавочные.

К основным потерям относятся электрические потери (потери в меди), магнитные (потери в стали) и механические потери. Электрические потери сосредоточены в обмотках электрических машин переменного тока, а в машинах постоянного тока к ним добавляются еще и потери на коллекторе. Магнитные потери возникают там, где замыкается переменный магнитный поток. Механические потери связаны с потерями в подшипниках, с трением вращающихся частей машины о воздух и в скользящих контактах. К механическим потерям относятся также вентиляционные потери, которые расходуются па охлаждение машины.

К добавочным потерям относятся потери, которые не были учтены при расчете основных потерь.

Магнитные потери и механические потери в большинстве машин не зависят от нагрузки и они являются постоянными потерями. Обычно это потери холостого хода. Электрические потери зависят от нагрузки, поэтому их относят к переменным потерям [6].

Расчету потерь при проектировании уделяется большое внимание, так как от этого зависят основные размеры и геометрия электрической машины.

6.2. Электрические потери

Электрические потери возникают в проводниках обмоток, соединительных шинах и проводах, в переходных контактах щетки — коллектор или щетки — контактные кольца.

Потери в обмотках, соединительных шинах и проводах. Электрические потери Рэ, Вт, в обмотках и всех токоведущих частях электрической машины рассчитывают по формуле

Рэ = , (6.1)

где rvi — сопротивление данной обмотки или i-го участка токопровода, по которому протекает ток Ii, рассчитанное при необходимости с учетом влияния эффекта вытеснения тока, Ом.

Для расчета потерь сопротивление rv должно быть приведено к расчетной температуре: для обмоток с изоляцией классов нагревостойкости А, Е и В — 75° С, с изоляцией класса F или Н — 115° С (соответственно r75° и r115°). Если по обмотке протекает постоянный ток, то для расчета электрических потерь часто используют выражение

Pэ = UI, (6.2)

где I— ток в обмотке, A; U— напряжение на концах обмотки, В.

Электрические потери рассчитывают отдельно для каждой из обмоток — обмотки фазы машины переменного тока, обмотки якоря, возбуждения и т. п., так как эти данные используют в дальнейшем для тепловых расчетов электрических машин.

Обычно электрические потери в обмотках возбуждения синхронных машин и в обмотках параллельного или независимого возбуждения машин постоянного тока выделяют из общей суммы электрических потерь и относят к потерям на возбуждение. Для синхронных машин потери в обмотках возбуждения учитывают в тепловых расчетах, а при определении КПД к потерям на возбуждение относят мощность, потребляемую возбудителем, если он расположен на одном валу с ротором или приводится во вращение от вала ротора.

При определении КПД машин постоянного тока учитывают также электрические потери в регулировочных реостатах. На тепловое состояние машин эти потери влияния не оказывают, так как реостаты располагаются отдельно от машин.

В некоторых обмотках на их различных участках протекают разные токи. В этом случае сопротивление одного из участков приводят к току другого. Так, при расчете сопротивления фазы обмотки короткозамкнутого ротора асинхронной машины сопротивление замыкающих колец приводит к току стержней обмотки.

Потери в переходных контактах. Электрические потери в переходных контактах щетки -- коллектор или щетки — контактные кольца зависят от тока, протекающего через контакт Iк.к, А, и падения напряжения под щетками Uщ, В:

Рэ.щ = k ΔUщ Ik.к. (6.3)

В машинах постоянного тока и синхронных коэффициент k = 2, так как ток проходит через два переходных контакта: под положительной и отрицательной щетками. В асинхронных машинах с фазным ротором k = m, где m — число фаз обмотки.

Потери в переходных контактах нельзя рассчитать точно, так как падение напряжения под щетками непостоянно и зависит от режима работы, состояния трущихся поверхностей, удельного давления щеток на коллектор или контактные кольца и от ряда других факторов, изменяющихся во время эксплуатации машины. В расчетах используют значение ΔUщ, взятое из технической характеристики конкретной марки щеток, которое принимают постоянным, так как Рэ.щ составляют лишь несколько процентов от общей суммы потерь в машине, погрешность расчета при этом незначительна.

studfiles.net

Механизм потери энергии

ГЛABA 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

С ВЕЩЕСТВОМ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разных знаков.

Ионизирующее излучение способно выбивать электроны из атомов. При этом, видимый свет, ультразвук, ультрафиолетовое, лазерное, Черенковское, микроволновое излучения к ионизирующему излучению не относятся.

Ионизирующее излучение делится на непосредственное и косвенное.

Непосредственное ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, например, из электронов, протонов, α-частиц, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении, которые выбивают орбитальные электроны из атомов прямо при кулоновском взаимодействии.

Косвенное ионизирующее излучение состоит из незаряженных частиц, например, из нейтронов или фотонов, создающих непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывающих ядерные превращения. Энергия этих частиц передается вначале заряженной частице (электрону или протону), а затем эти вторичные частицы уже производят ионизацию атомов и (или) вызывают ядерные превращения.

Термин "ионизирующее излучение" впервые в 1896 г. ввели Томсон и Резерфорд, описывая свойства рентгеновских лучей.

К фотонному ионизирующему излучению относятся: γ-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц; тормозное излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучений.

К корпускулярному излучению относится ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля, т.е. α-и β-частицы, нейтроны, протоны, мезоны и др.

Частицы корпускулярного ионизирующего излучения или фотоны принято называть ионизирующими частицами.

Ионизирующее излучение, состоящее из частиц различного вида или частиц и фотонов, называется смешанным ионизирующим излучением.

Различают моноэнергетическое и немоноэнергетическое ионизирующее излучение.

Под моноэнергетическим понимается ионизирующее излучение, состоящее из фотонов одинаковой энергии или частиц одного вида с одинаковой кинетической энергией.

Немоноэнергетическое излучение имеет фотоны разной энергии или частицы одного вида с разной кинетической энергией.

Принято различать первичное и вторичное ионизирующее излучение.

Под первичным понимается ионизирующее излучение, которое в рассматриваемом процессе взаимодействия со средой является или принимается за исходное.

Вторичное ионизирующее излучение возникает в результате взаимодействия первичного ионизирующего излучения с данной средой.

Законы взаимодействия ионизирующего излучения с веществом являются теоретической и практической основой радиационной защиты, на них базируются методы расчета защиты и методы регистрации ионизирующего излучения.

Ионизирующее излучение, в зависимости от массы и заряда, можно подразделить на четыре группы:

•Тяжелые заряженные частицы, к ним относятся α-частицы, протоны и др.

Легкие заряженные частицы: электроны и позитроны.
Фотонное излучение: рентгеновское и γ-излучение.
Нейтронное излучение: нейтроны различных энергий.

Из заряженных частиц в радиационной защите берут в расчет α- и β-частицы, некоторые мезоны и др. Выше было отмечено, что рентгеновское и γ-излучения относятся к излучению, состоящему из незаряженных частиц и взаимодействуют с веществом посредством механизмов, которые будут рассмотрены позже. Механизм взаимодействия заряженных частиц с поглощающим веществом состоит в том, что частица, пролетая сквозь вещество, "расталкивает" атомные электроны своим кулоновским полем, за счет чего теряет свою энергию, ионизируя либо возбуждая атомы. Основное правило, применяемое ко всем заряженным частицам, это правило, согласно которому они передают свою энергию поглощающему веществу более или менее постоянно на своем пути. Таким образом заряженная частица всегда выходит из поглотителя с меньшей энергией, чем до поглотителя, в отличие от которой γ-квант (незаряженная частица) может пройти толстый защитный экран и на выходе иметь ту же энергию, что и на входе.

При работе специалистов по радиационной защите наибольший практический интерес представляет интервал энергий частиц от нескольких кэВ до 10 МэВ, при этом рассматриваются три основных механизма потери энергии: ионизация, возбуждение и торможение.

Ионизация атомов представляет собой процесс превращения нейтральных атомов среды под действием ионизирующего излучения в заряженные частицы — электроны и ионы, т.е. образование пары ионов. В этом процессе из нейтрального атома выбиваются электроны и он становится ионом. Комбинация выбитого электрона и ионизированного атома называется ионной парой. В различных материалах на образование ионной пары необходима энергия 30 — 40 эВ. Эта энергия называется энергией образования пары ионов ε. Для образования одной пары ионов в воздухе γ-излучение в среднем расходует энергию ε = 33,85 эВ на пару.

Для количественной оценки ионизации атомов вводят понятия полной ионизации и линейной плотности ионизации.

Полная ионизация Nn — это количество пар ионов, образованных ионизирующим излучением, на всем пути в среде:

Nn = Ε/ε, (2.1)

где E — энергия ионизирующего излучения, эВ;

ε — энергия образования пары ионов, эВ/на пару.

Линейная плотность ионизации NL (удельная ионизация) — это количество пар ионов, образованных ионизирующим излучением на единице пути:

NL = N/R = E/sR, (2.2)

где Nn — полная ионизация пар ионов; R — линейный пробег.

Возбуждение атомов — это механизм потери энергии, являющийся следствием кулоновского взаимодействия между заряженной частицей и электронами атома. Если при ионизации удаление электронов с орбиты происходит путем их выбивания из нейтрального атома, то при возбуждении электрону передается энергия, недостаточная для его выбивания, в результате чего электрон переходит на более высокий энергетический уровень, при этом он удерживается атомом и нейтральность атома не нарушается. Этот процесс не ведет к образованию ионных пар и к появлению свободных зарядов в веществе. При переходе электрона на прежнюю орбиту испускается характеристическое излучение, энергия которого зависит от глубины перехода орбитального электрона. На каждую образованную пару ионов при ионизации атома приходится примерно два-три возбужденных атома. Потери энергии при ионизации и возбуждении атомов называются ионизационными потерями.

Торможение частиц в поле ядра. Потери энергии ионизирующего излучения в поле ядра называют радиационными потерями, они представляют из себя уменьшение энергии в результате торможения заряженной частицы в поле ядра поглотителя и связаны с испусканием тормозного излучения. Заряженные частицы, пролетая вблизи ядра атомов поглотителя, тормозятся в поле ядра и меняют направление своего движения. Причина возникновения тормозного излучения—это та же кулоновская сила, которая отклоняет заряженную частицу, изменяя направление ее движения. В физическом смысле изменение направления является замедлением т.к. меняется направление вектора скорости и уменьшается величина скорости из-за потери энергии. Тормозное излучение является фотонным излучением с непрерывным спектром, энергетический диапазон которого входит в диапазон рентгеновских лучей. Тормозное излучение возникает в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и др. Анализ процесса потери энергии на тормозное излучение показывает, что эти потери прямо пропорциональны энергии заряженной частицы и квадрату атомного номера поглотителя, и обратно пропорциональны квадрату массы заряженной частицы. Например, потери энергии протона примерно в 20002 раз меньше потерь энергии электрона.

В случае, когда поглощающим веществом является человеческое тело, на ионизацию и возбуждение приходится 99% поглощенной энергии, в то время, как на тормозное излучение 1% энергии.

Описанные механизмы схематически показаны на рис.2.1.

Рис 2.1. Механизмы потери энергии заряженными частицами

studfiles.net