8.5 Rankine Vermogenscycli

volgende: 8.6 verbeteringen van Rankine omhoog: 8. Vermogenscycli met vorige: 8.4 de Clausius-Clapeyronvergelijking Contents Index

figuur 8.11:Rankine vermogenscyclus met tweefasige werkvloeistof

Een schema van de componenten van een Rankinecyclus is zie Infigure 8.11. De cyclus wordt getoond op , en coördinaten in figuur 8.12.De processen in de Rankinecyclus zijn als volgt:

$d \rightarrow e$ : Coldliquid bij begintemperatuur wordt door een pomp omkeerbaar tot een hoge druk onder druk gezet. In dit proces verandert het volume licht.
$e \ rightarrow a$ : Omkeerbare constante drukverwarming in een ketel op temperatuur.
$a \rightarrow b$ : warmte toegevoegd bij constante temperatuur (constante druk), met overgang van vloeistof naar damp.
$b \rightarrow c$ : Isentropicexpansion through a turbine. De kwaliteit neemt af van unity atpoint naar .
$c \ rightarrow d$ : Gecondenseerde temperatuur door extractie van warmte.

figuur 8.12: schema van de Rankinecyclus.Stations komen overeen met die in Figuur 8.11

In de Rankine-cyclus, de gemiddelde temperatuur waarbij de warmte suppliedis minder dan de maximale temperatuur, , zodat de efficiencyis minder dan die van een Carnot cyclus werken tussen dezelfde maximumand minimum temperaturen. De warmteabsorptie vindt plaats bij constante druk over , maar alleen het deel Isotherm.De afgekeurde warmte vindt plaats over ; dit is bij zowel constante temperatuur als druk.

om de efficiëntie van de Rankinecyclus te onderzoeken, definiëren we een gemiddelde effectieve temperatuur, , in termen van de uitgewisselde warmte en de entropieverschillen:

$\displaystyle q_H$	$\displaystyle = T_{m2} \Delta s_2$
$\displaystyle q_L$	$\displaystyle = T_{m1}\Delta s_1.$

The thermal efficiency of the cycle is

$\displaystyle \eta_\textrm{thermal} = \frac{T_{m2} (s_b - s_e)- T_{m1} (s_c- s_d)}{T_{m2} (s_b - s_e)}.$

De compressie en expansie processen zijn isentrope, dus theentropy verschillen hebben te maken met behulp van de

$\displaystyle s_b -s_e =s_c -s_d.$

De thermische efficiëntie kan worden geschreven in termen van de gemiddelde effectivetemperatures zoals

$\displaystyle \eta_\textrm{thermische} =1 - \frac{T_{m1}}{T_{m2}}.$

voor de Rankinecyclus, $T_{M1} \approx T_1$ $T_{m2} T_2$ . Uit deze vergelijking zien we niet alleen de reden dat de cyclusefficiëntie lager is dan die van een Carnot-cyclus, maar ook de richting om interms van cyclusontwerp te bewegen (verhoogd $T_{m2}$ ) als we de efficiëntie willen verhogen.

Er zijn verschillende functies die dient te worden opgemerkt aboutFigure 8.12 en de Rankine-cyclus in het algemeen:

De en de schema ‘ s zijn niet vergelijkbaar zijn in vorm, werden met de perfecte gas bij constant specifiek verwarmt. De helling van een omkeerbare warmtetoevoeglijn met constante druk is, zoals afgeleid in hoofdstuk 6,
$\displaystyle \left(\frac{\partial h}{\partial s}\right)_P = T.$

in het tweefasige gebied betekent constante druk ook constante temperatuur, dus de helling van de constante druk warmte-additionlijn is constant en de lijn is recht.
het effect van irreversibilities wordt weergegeven door de gestreepte regel van to. Onomkeerbaar gedrag tijdens de uitbreiding resulteert in een waarde van entropie $s_{c'}$'}$ aan het einde van de uitbreiding die hoger is dan . De enthalpie aan het einde van de expansie (de uitgang van de turbine) is dus hoger voor het onomkeerbare proces dan voor het omkeerbare proces en, Zoals Gezien voor de Brayton-cyclus, is de turbinewerk dus lager in het onomkeerbare geval.
de Rankinecyclus is minder efficiënt dan de Carnotcyclus voor bepaalde maximum-en minimumtemperaturen, maar, zoals eerder gezegd, is hij effectiever als praktisch apparaat voor de opwekking van energie.