termodynamika pro ee1 a pee -...

Termodynamika pro +EE1 a PEE

Literatura: http://home.zcu.cz/~nohac/vyuka.htm#EE1

http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/

[0] Zakladni pomocny text prednasek doc. Schejbala

[1] Pomocne texty ke cviceni

[2] Prednaska - Zaklady vyroby a termodynamiky

[3] Prednaska - Zaklady vyroby a termodynamiky - Doplnek - Ucinnost tepelne elektrarny

[4] Prednaska - Technologie vyroby v elektrarnach

[5] Otazky v zkusebnim elektronickem testu (toto je temer kompletni seznam)

[6] Caste otazky u ustni zkousky (toto neni pochopitelne vycerpavajici seznam)

[7] Adresar vsech techto vyse uvedenych a dalsich podpurnych souboru pro predmety EE1 a PEE

http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/Energetika.pdf









http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/CviceniEE1.htm




http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/Termodynamika_pro_EE1-prezentace.pdf










http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/UcinnostTepelneElektrarny.pdf




















http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/Techologie_vyroby_v_elektrarnach_pro_EE1-prezentace.pdf









http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/Otazky_v_testu.htm













http://home.zcu.cz/~nohac/EE1/Doplnujici_otazky_ustni.htm




































Možné způsoby výroby elektrické

energie v současnosti:

termodynamická přeměna energie jaderného

paliva a spalování fosilních paliv

v mechanickou energii a následně

elektrickou - jaderné a klasické tepelné

(tepelné na fosilní paliva) elektrárny

přeměna mechanické polohové a kinetické

energie vody v mechanickou energii a

následně elektrickou - vodní elektrárny



přeměna slunečního záření na elektrickou

energii (přímo nebo zprostředkovaně) -

sluneční, větrné,

geotermické

slapové, …



Fosilní paliva

Jaderná energie

Sluneční energie

Geotermální energie

Tepelná energie

Energie koloběhu vody

Energie větru

Slapová energie, …

Elektr. energie

Termodynam. energie

Mechan. energie

Kotel/P.G. Parní turbína Alternátor

Fotovoltaický článek

J. reaktor

Vodní turbína

Větrná turbína

Spalovací turbína/motor Termodynam. energie

Kotel/Spal. kom.

Diagram energetických toků v ČR:

Tuhá paliva

Plynná paliva

Kapalná paliva

Elektřina

Teplo (z JE)

Import

Tuzemské

přírodní

zdroje

Export

Zušlechťování

Tuhá paliva

Plynná paliva

Kapalná paliva

Elektřina

Teplo (z JE)

Tuhá paliva

Plynná paliva

Kapalná paliva

Elektřina

Teplo (z JE)

Tuhá paliva

Plynná paliva

Kapalná paliva

Elektřina

Teplo (ze všech zdrojů)

Předpoklad světového vývoje výroby elektrické energie:

Předpoklad Evropského vývoje výroby elektrické energie:

Jaderné elektrárny

Obnovitelné zdroje kromě vodních

Ostatní zdroje

Uhelné elektrárny

Vodní elektrárny

Struktura instalovaného výkonu a vyrobené energie v ČR:

Instalovaný výkon Vyrobená energie


Instalace fotovoltaických elektráren v ČR

Struktura sítí v ČR:

Závěr:

Výroba elektrické energie v České republice je v nejbližší budoucnosti možná především na základě termodynamických přeměn vodní páry.

Dělení energetických výroben:

Podle druhu vyráběné energie:

• (kondenzační) elektrárny

• teplárny

• výtopny (kotelny)

Podle druhu nasazení v denním digramu zatížení:

• základní (do PMIN)

• pološpičkové (do PS)

• špičkové (do PMAX)

Základy termodynamiky KFY / TFYE:

Základní termodynamické veličiny:

• teplota

míra kinetické energie elementárních částic

hmoty daná translačním, rotačním a vibračním

charakterem

KCtKC abs 015.273, 0

0ºC = 273.15ºK

-273.15ºC = 0ºK


123

1

106

molAčásticN

molAkgMMm


https://kfy.zcu.cz/export/sites/kfy/dokumenty/FP1/tabulky.pdf

voda při 20°C má 4.1818 kJ/kg/K 4,185 kJ/kg/K = 1 kcal/kg/K

https://kfy.zcu.cz/export/sites/kfy/dokumenty/FP1/tabulky.pdf


- +

Základní termodynamické axiomy:

Stavová rovnice plynu: TrmVp

1. Termodynamický zákon:

Tavpuw

hgqvpuw

hg 222

2

22111

2

11

22

22222 ,,,, vpuwh11111 ,,,, vpuwh

Q

Ta

Základní termodynamické axiomy:

Stavová rovnice plynu: TrmVp

1. Termodynamický zákon:

Pro vodní turbíny:

2

022

21

2121

wwhhgaii T

Pro parní turbíny:

212121 00 iiawwhh T

Základní termodynamické děje:

Zákon Gay-Lussacův-děj izobarický:

.. konstT

Vkonstp Ze stavové rovnice plynu

0

)()(

12

1212

T

PVV

a

VVpa

dTrdVpTrdVpd

didpvdidTcdTrdTcdVpdTcdadudq



2

1 1

2

1

2

2

1

2

1

2

1

12lnln

V

Vc

T

Tc

T

dTc

T

dTc

T

dqdsS

PPP

P



A Q, I

1212

VVpA

1

2

1

2

12

1212

lnlnV

Vc

T

TcS

IIQ

PP


Zákon Charlesův - děj izochorický:

Ze stavové rovnice plynu .. konstT

pkonstV

2112

2

1

12

12 0

ppVppVdpVa

a

dudTcdVpdTcdadudq

T

VV



2

1 1

2

1

2

2

1

2

1

2

1

12lnln

p

pc

T

Tc

T

dTc

T

dTc

T

dqdsS

VVV

V



AT

2112

ppVAT

1

2

1

2

12

1212

lnlnp

pc

T

TcS

UUQ

VV

Q


Zákon Boyle-Mariotův-děj izotermický:

Ze stavové rovnice plynu .. konstVpkonstT

TrVpVpVp

p

pTr

V

VTr

V

VVpdV

V

Vpdvpa

dadadadTcdadudq

aadVpdpVVpdkonstVp

TV

T

2211

2

1

1

2

1

2

2

1

11

2

1

12 lnlnln

00)(.



2

1

1

2

1

212

2

1

2

1

2

1

2

1

12

lnln

ln11

p

pr

V

Vr

V

V

T

rT

T

Ada

Tdq

TT

dqdsS

.konstT



Q A AT=A=Q

2

1

1

2

12

121212

lnlnp

pr

V

VrS

AAQT

2

1

1

2

1212lnln

p

pTr

V

VTrAA

T


Děj adiabatický:

.0ln0lnln

0

0

00

00

..,

konstVppVpV

p

dp

V

dVdpVdVp

dVpdTccc

dpVdTcdadidq

dVpdTcdadudq

konstVpkonstqs

VVP

PT

V


Děj adiabatický:

1

2

1

2

1122

111

22

21

1

12211

T

T

V

VVTVT

VV

TrV

V

TrVpVp

Dosazením za tlak ze stavové rovnice plynu:

Podobně dosazením za objem opět ze stavové rovnice plynu:

1

1

1

2

1

1

2

2

1

1

2

1

1

2

2

22

1

11

T

T

p

p

V

V

T

T

p

p

p

Trp

p

Trp


Děj adiabatický:

Dosazením za p2•V2:

1

2

11112 1

1

V

VVpa

2211

1

2

11

222

1

111

212112121

1

10

VpVpV

VVVpVVp

TrTrTTr

TTcadudadq V


Děj adiabatický:

0

0

12

12

S

Q

1

2

111

121

1

V

VVpA


p=konst. T=konst. q, s = konst.

V/T=konst. pV=konst pV=konst

dq di=cP dT dq da, daT dq 0

a12=p(V2-V1) 1221

1

2

11112

1

11

uTTr

V

VVpa

1212

1

212 ln

qa

V

VTra

T

Ideální termodynamické cykly:

Obecný ideální termodynamický cyklus:

00 QQLAdadqUdu P

𝑑𝑞 = 𝑑𝑢 + 𝑑𝑎 → 𝑑𝑢 = 𝑑𝑞 − 𝑑𝑎 = 𝑐𝑉 ∙ 𝑑𝑇


Carnotův cyklus:

http://www.vascak.cz/data/physics_flashlets/carnot.html

1

2

3

4

3 2

1 4

Q2

Q1


Carnotův cyklus:

- sestává ze dvou izoterm a dvou adiabat

2

1

232

141232 1T

T

SST

SSTSST

Q

QQ

P

OP


Carnotův cyklus:

2

3

1

4

1

3

4

1

2

4

3

1

2

1

1

2

2

1

2

32

1

41

1

ln

ln

11

V

V

V

V

V

V

T

T

T

T

V

V

T

T

T

T

V

VTr

V

VTr

Q

Q

P

O

První adiabata Druhá adiabata


Jouleův-Braytonův cyklus plynové turbíny:

- sestává ze dvou izobar a dvou adiabat



- sestává ze dvou izobar a dvou adiabat

1

2

111

p

p

T

T

ii

l

C

D

BC

ABDCdodzisk

ADBCOP

iiiiaal

iiiiqql



BCP

ADP

BC

AD

P

O

TTc

TTc

ii

ii

Q

Q

111

Zavedením:

B

A

V

V - kompresní poměr

B

C

V

V - izobarický součinitel

11

1

ABB

A

A

B TTV

V

T

TA->B adiabata



B->C izobara 1 ABCB

C

B

C TTTV

V

T

T



adiabaty A->B a C->D mají stejné mezní tlaky:

AACD

A

B

D

C

C

D

C

D

B

A

C

D

D

C

A

B

B

A

DACB

TTTT

V

V

V

V

T

T

V

V

V

V

V

V

p

p

V

V

p

p

konstVppppp

1

1

1

1

11

11

1

.



1

1

1111

111

1

111

C

D

C

D

AA

AA

p

p

T

T

TT

TT

BCP

ADP

BC

AD

P

O

TTc

TTc

ii

ii

Q

Q

111

Cyklus s plynovou turbínou:

Jednoduchá praktická realizace:

Cyklus s plynovou turbínou:

Praktická realizace s výměníkem tepla a rozdělenou turbínou:

Cyklus Clausius-Rankin parní turbíny:

Cyklus sestává ze dvou izobar a dvou adiabat v prostředí vody, mokré a suché vodní páry:

TK= 647,30° K = 374.15° C pK= 22.13 MPa


Izobara v prostředí vody, mokré a suché vodní páry:


Izochora v prostředí vody, mokré a suché vodní páry:


Termodynamické děje v prostředí vody, mokré a suché vodní páry:

konstantní nVpDiagram T-S


konstantní nVpDiagram p-V



konstantní nVpDiagram i-S



V oblasti mokré páry zavádíme veličinu suchost:

1;0///

//

mm

mx

//// ssxss

//// iixii

//// vvxvv Index ’ znamená sytou kapalinu

tedy (x =0)

Index ’ ’ znamená sytou páru

tedy (x =1) sytá kapalina sytá pára


Mezní hodnoty veličin pro sytou kapalinu a sytou páru:


Diagram T-S Diagram i-S


p – konst.

T – konst.


Základní oběh a schéma parní elektrárny:


Diagram T-S:

1 - 1’

adiabatická

komprese

v hlavním

oběhovém čerpadle

(napáječce)


Diagram T-S:

1’ - 2

izobarický

ohřev

v ohříváku - ekonomizéru

(součást kotle)


Diagram T-S:

2 - 3

izobarický a současně

izotermický var

ve výparníku

(součást kotle)


Diagram T-S:

3 - 4

izobarické přehřátí

páry v přehříváku

(součást kotle)


Diagram T-S:

4 - 5

adiabatická expanze

páry v turbíně


Diagram T-S:

5 - 1

izobarická a současně

izotermická kondenzace

v kondenzátoru


Diagram i-S:

1 – kd (kondenzát)

1’ – nv (napájecí voda)

4 – a (admisní pára)

5 – e,k (pára po expanzi)

1

1’ 2

3

4

5

Diagram i-S:



Diagram p-V:

Účinnost C-R cyklu parní turbíny:

Vyšetření z diagramu T-S:

P

OP

P

O

Q

QQ

Q

Q 1


Vyšetření z diagramu T-S:

P

OP

P

O

Q

QQ

Q

Q 1

%40 (!)


Vyšetření z diagramu

i-S:

ea iil

kda ii

l


kgkJi

Ct

MPap

a

a

a

/3245

430

,5.6

pa

ta ia

Výpočet z diagramu i-S:


Adiabatická expanze v turbíně:

pa

ta ia

kPap

Ct

e

kd

4.6

37

ie tkd

kgkJie /2040

kgkJh

iih

ad

eaad

/1205


Parametry kondenzátu:

kgkJi

kgkJi

cti

kd

kd

pkdkd

/9.154

/1868.437

kda

ad

ii

h

39.09.1543245

1205

termodynamika pro ee1 a pee -...

Documents