Теплоэнергетическая установка (ТЭУ) служит для получения работы из теплоты. В общем случае ТЭУ, работающую по замкнутому циклу, можно представить в виде двух цилиндров с поршнями, горячего и холодного источников теплоты (рис. 1.1), соединяемых между собой магистралями, по которым циркулирует рабочее тело. В термодинамическом смысле любую ТЭУ можно представить в таком виде - это обобщенная схема теплоэнергетической установки.
Здесь элемент 1 – горячий источник теплоты (паровой котёл, ядерный реактор, камера сгорания и т.п.) предназначен для подвода теплоты к рабочему телу, что обычно сопровождается увеличением его температуры;
элемент 2 – цилиндр расширения (двигатель, турбина) предназначен для получения технической работы (не путать с работой расширения, термин техническая работа будет подробно рассмотрен ниже), в данном случае это полезная механическая работа, которая снимается со штока поршня;
элемент 3 – холодный источник теплоты (конденсатор паровой турбины, окружающая среда для циклов газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания), здесь от рабочего тела отводится теплота, что обычно сопровождается поддержанием в нем меньшего, чем в горячем источнике давления и температуры рабочего тела;
элемент 4 – цилиндр сжатия (насос, компрессор) предназначен для транспорта рабочего тела и создания необходимого давления в горячем источнике теплоты (1), в этом элементе затрачивается техническая работа.
Таким образом, полезным продуктом ТЭУ будет разница технических работ в цилиндре расширения и сжатия, а затратами - теплота в горячем источнике. Процессы в горячем и холодном источниках теплоты ТЭУ, как правило, изобарные, они нам знакомы по первой части термодинамики. Для них нет различия в расчетах теплоты, находится ли рабочее тело в закрытой или в открытой системе (в ТЭУ рабочее тело движется по каналу, т.е. это открытая система). Теплота любых изобарных процессов всегда рассчитывается как разница энтальпий этих процессов qР=h2-h1 (для потока это утверждение будет доказано в разделе 3.3."Анализ первого закона термодинамики для потока").
Процессы в цилиндрах сжатия и расширения требуют дополнительного изучения. Рабочее тело в этих цилиндрах количественно изменяется, т.е. система открытая. Движущееся рабочее тело в такой системе в дальнейшем будет называться телом, находящемся в потоке. Процессы в цилиндрах сжатия и расширения можно перенести и на процессы в компресорах, насосах и турбинах, которые выполняют те же функции, что и цилиндры в ТЭУ. Рассмотрим подробнее эти процессы и связанные с ними новые понятия.
| предыдущий параграф | содержание | следующий параграф |