1.1.2. Работа изменения давления в потоке при расширении в адиабатных процессах

В тепловых двигателях процессы расширения очень быстротечны и теплообмен с окружающей средой в них практически отсутствует. Поэтому большинство процессов в двигателях ТЭУ считается адиабатными с q=0. Рассмотрим адиабатные процессы расширения в Р,v- и T,s- диаграммах и представление в них работы изменения давления в потоке (рис.1.8 и рис.1.9). Уравнение обратимого и необратимого адиабатного процесса расширения для работы изменения давления в потоке получается из выражений 1.4 и 1.8 при q=0 и имеет вид:

(1.9)

(1.10)

Использование изобарной теплоёмкости в выражениях (1.9), (1.10) возможно только, если она величина постоянная, например, для идеальных газов.

Для обратимого адиабатного процесса расширения идеального газа 12 работа изменения давления в потоке в P,v- и T,s- диаграммах может быть представлена площадью l₀=пл.122'1'1 (рис.1.8) и l₀=пл.1BB'1'1 (рис.1.9).

Для необратимого адиабатного процесса расширения идеального газа 12* работа изменения давления в потоке в P,v- и T,s- диаграммах представляет площадь l_0i=пл.1АА'1'1 (рис.1.8) и l_0i=пл.1AA'1'1 (рис.1.9).

Потеря работы изменения давления в потоке за счёт трения соответственно представлена площадями l_0ТР=пл.А22'А'А (рис.1.8) и l_0ТР=пл.22*2’1’2=пл.ВАА’B’В (рис.1.9). В P,v- диаграмме это площадь под обратимой адиабатой А2 в проекции на ось давлений в интервале температур Т_Кi и Т_К, поскольку l_0ТР=с_Р(Т_Кi-Т_К), а в Т,s- диаграмме это площадь под изобарой Р_К или Р_О в интервале тех же температур.

Необходимо отметить, что теплота трения в этом процессе больше работы трения q_ТР=пл.12*2’1’1>l_0ТР=пл.22*2’1’2.

Разница теплоты трения и работы трения называется работой возврата теплоты трения l_V

(1.11)

Такое название l_V получила в связи с тем, что этот возврат теплоты l_V имеет потенциальную возможность дальнейшего полезного использования в тепловых двигателях. Например, в последующих ступенях турбины за счет l_V возрастает располагаемая работа l₀ (подробно рассмотрено в гл.2).

Представление работы изменения давления в потоке для адиабатного необратимого процесса расширения водяного пара в T,s- диаграмме показано на рис.1.10.

В T,s- диаграмме (рис.1.10) для изображения работы трения и действительной работы изменения давления в потоке водяного пара необратимого процесса 12* через конечную точку 2* необходимо провести линию постоянной энтальпии h_Кi=const. В результате получаем вспомогательную точку А на обратимой адиабате 12 и по аналогии с процессом 12 работа трения, и действительная работа изменения давления будут представлены площадями: l_0ТР=h_Кi-h_К=пл.2АА’32=пл.22*2'1'2, вторая площадь соответствует теплоте изобарного процесса 22*; l_0i=l₀- l_ТР=h₀-h_Кi=пл.1АА’1.

Для тепловых двигателей эффективность адиабатных процессов расширения и потеря располагаемой работы за счет трения характеризуется внутренним относительным КПД.

(1.12)

Внутренний относительный КПД определяется экспериментально и указывается для конкретной тепловой машины, для конкретного режима её работы. Используя этот КПД, можно на базе обратимого адиабатного процесса расширения построить действительный необратимый процесс, определить действительные параметры рабочего тела в конце процесса расширения, действительную работу изменения давления в потоке и потери на трение располагаемой работы.

Самое наглядное и простое графическое представление работы изменения давления в потоке в h,s- диаграмме (рис. 1.11).

В h,s- диаграмме эти работы представляют отрезки вертикальных прямых, соответствующие разнице энтальпий.