De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 9. gascycli Inleiding vermogenscyli : cycli waarbij men arbeid ontwikkelt dampcycli : werkend fluïdum in één.

Verwante presentaties


Presentatie over: "THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 9. gascycli Inleiding vermogenscyli : cycli waarbij men arbeid ontwikkelt dampcycli : werkend fluïdum in één."— Transcript van de presentatie:

1 THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 9

2 gascycli Inleiding vermogenscyli : cycli waarbij men arbeid ontwikkelt dampcycli : werkend fluïdum in één deel van de cyclus in dampfase, in een ander deel in vloeistoffase vermogenscyli gascycli : werkend fluïdum steeds in gasfase gesloten cycli : werkend fluïdum wordt opnieuw gebruikt op einde van een cyclus (vb. dampcycli) vermogenscyli open cycli: werkend fluïdum wordt vernieuwd op einde van een cyclus (automotor)

3 gascycli Aannames voor de standaard luchtcycli Inwendige verbrandingsmotor: - verbranding in het stelsel (vb. dieselmotor) - open cyclus: werkend fluïdum doorloopt geen thermodynamisch kringproces -lucht bevat vooral stikstof zodat werkend fluïdum ook na de verbranding sterk op lucht gelijkt

4 Om de analyse te vereenvoudigen doen we enkele aannames: 1.Werkend fluïdum is lucht (ideaal gas) dat circuleert in een gesloten cyclus 2.Alle toestandsveranderingen zijn reversibel 3.Verbrandingsproces wordt vervangen door warmtetoevoer vanuit externe bron 4.Uitlaat van de verbrandingsgassen wordt vervangen door warmteafvoer in warmtewisselaar zodat werkend fluïdum terug in begintoest. komt. gascycli Aannames voor de standaard luchtcycli

5 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus Brayton-cyclus : ideale cyclus voor gasturbinemotoren werkelijke gasturbine Brayton-cyclus verbrandings- kamer warmte- wisselaar warmte- wisselaar verse lucht uitlaat- gassen brandstof w net q in q uit

6 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus isentrope compressie in compressor 2-3 warmtetoevoer bij constante p 3-4 isentrope expansie in turbine 4-1 warmteafvoer bij constante p

7 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus De 4 processen grijpen plaats in stationaire open systemen : q – w t = ∆h= h uit – h in (1ste hfdwet open syst.) q in = q 23 = h 3 – h 2 = c p (T 3 – T 2 ) q 41 = -q uit = h 1 – h 4 = c p (T 1 – T 4 )  q uit = c p (T 4 – T 1 )

8 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus

9 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus

10 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus Thermisch rendement Brayton-cyclus met κ = 1,4

11 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus w net η th ↑ r p = 2 r p = 8 r p = 15 w net w ne t ↑ w ne t ↓

12 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus Functie van lucht: zuurstoftoevoer voor verbranding + koelmiddel η th is afhankel. van T max van inlaat turbine  T max verhogen door coaten turbinebladen met keramische laag + koeling met lucht uit compressor tegenwoordig: T max = 1425 °C

13 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus Twee belangrijke toepassingen gasturbines: 1.Productie van electriciteit: ideaal voor noodgevallen en piekverbruik rendement ≈ 35% 2. Vliegtuigmotoren straalpijp uitlaatgassen lucht

14 gascycli Brayton-cyclus: ideale cyclus verhouding w compressor / w turbine is zeer hoog (meer dan 50%) Verklaring: compressor: Oplossing: grotere turbine om extra arbeid te leveren voor compressor Bij gasturbineplant en stoomplant: zeer hoog bij een gas

15 gascycli Afwijking werkelijke gasturbine t.o.v. de ideale

16 gascycli Brayton-cyclus met regeneratie Veronderstel T 4 > T 2  Mogelijkheid tot regeneratie : Uitlaatgassen turbine warmte laten afstaan aan gassen die compressor verlaten, in een tegenstroomwarmtewisselaar (= regenerator)  q in ↓  η th ↑ verbrandings- kamer warmte ’ 6

17 gascycli Brayton-cyclus met regeneratie Lucht zal regenerator verlaten bij temp. T 5 < T 4 Ideale warmtewisselaar: T 5 = T 5’ = T 4 Warmtetransport uitlaatgassen  lucht : ( ∆e p = ∆e k = 0) q regen,werk = h 5 – h 2 q regen,max = h 5’ – h 2 = h 4 – h 2 q regeneratie verbrandings- kamer warmte ’ 6

18 gascycli Brayton-cyclus met regeneratie q regen,werk = h 5 – h 2 q regen,max = h 5’ – h 2 = h 4 – h 2 Efficiëntie warmtewisselaar: aanname standaard luchtcycli (c p =cte) verbrandings- kamer warmte ’ 6

19 gascycli Brayton-cyclus met intercooling p v 1 2 isentrope compressie p2p2 p1p1

20 gascycli Brayton-cyclus met intercooling p v 1 2’ isentrope compressie p2p2 p1p1 isotherm c d 2 pipi arbeidsverlaging door intercooling 1→c : isentrope compressie van p 1 tot p i c→d : koeling bij cte p van T c tot T d d→2 : isentrope compressie van p i tot p 2 w compressor daalt, maar η th daalt omdat daalt Uitlaat temp. compr. daalt (T 2 < T 2’ )  potentieel voor regeneratie stijgt wtwt

21 gascycli Brayton-cyclus met reheating p v 4 3 isentrope expansie p3p3 p4p4 isotherm b a pipi arbeidswinst door reheating 3→a : isentrope expansie van p 3 tot p i a→b : opwarming bij cte p van T a tot T b b→4 : isentrope expansie van p i tot p 4 w turbine stijgt, maar η th daalt omdat stijgt Uitlaat temp. turb. stijgt (T 4 > T 4’ )  potentieel voor regeneratie stijgt q in w net verbran- dingskamer reheater 4’ wtwt

22 Brayton-cyclus met intercooling, reheating en regeneratie gascycli intercooling + reheating in combinatie met regeneratie  η th stijgt (tot 43%) W compressor is minimaal als W turbine is maximaal als Verbran- dingskamer q regeneratie regeneratie q in q uit

23 gascycli Gecombineerde gas-damp cyclus Gascyclus : Dampcyclus: Hoger rendement (tot 60%) door combinatie gascyclus en stoomcyclus: hete uitlaatgassen van gascyclus als warmtebron voor stoomcyclus

24 gascycli Gecombineerd gas-damp cyclus Combinatie damp- en gascyclus: 1 GASCYCLUS STOOMCYCLUS

25 Ideale jet-propulsion-cyclus (turbojet-motoren) gascycli gasturbinemotor in vliegtuig: jet-propulsion-cyclus : 1-2 isentrope compressie in de diffuser (v↓ en p↑) : rameffect 2-3 isentrope compressie in de compressor 3-4 warmtetoevoer bij constante druk 4-5 isentrope expansie in de turbine: w turbine = w compressor of w net =0 5-6 isentrope expansie in de straalpijp (v ↑ en p ↓ )  stuwkracht 6-1 warmteafvoer bij constante druk T q in q uit s diffusor compressor verbrandings- kamer straalpijp tur- bine

26 Ideale jet-propulsion-cyclus gascycli stuwkracht: door fluïdum te versnell. in zin tegengest. aan beweg. vliegtuig grootte stuwkracht F op vliegtuig = grootte kracht op uitlaatgassen door vliegtuig uitgeoefend (actie en reactie) q in q uit s diffusor compressor verbrandings- kamer straalbuis tur- bine massa die passeert in tijd dt

27 Ideale jet-propulsion-cyclus gascycli Stuwvermogen: Rendement:

28 Ideale jet-propulsion-cyclus: aanpassingen aan turbojet motoren gascycli Turboprop-motor: turbine drijft ook propeller aan grootste deel stuwkracht geleverd door propeller enkel geschikt voor lage snelheden en geringe hoogte

29 Ideale jet-propulsion-cyclus: aanpassingen aan turbojet motoren gascycli Turbofan-motor: turbine drijft ook een grote waaier aan waaier levert extra stuwkracht toegepast in meeste passagiersvliegtuigen

30 Ideale jet-propulsion-cyclus: aanpassingen aan turbojet motoren gascycli Turbofan-motor in Boeing 777

31 Ideale jet-propulsion-cyclus: aanpassingen aan turbojet motoren gascycli Ramjet-motor: geen compressor, geen turbine compressie lucht door rameffect in inlaat (diffusor) voldoend hoge beginsnelh. vereist (2 tot 3 Mach) toegepast in vliegtuigen en raketten


Download ppt "THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 9. gascycli Inleiding vermogenscyli : cycli waarbij men arbeid ontwikkelt dampcycli : werkend fluïdum in één."

Verwante presentaties


Ads door Google