8.5 Rankine Power Cycles

następne: 8.6 Cykle mocy z poprzednim: 8.4 indeks zawartości równania Clausiusa-Clapeyrona

rysunek 8.11:cykl mocy Rankine ’ a z dwufazowym płynem roboczym

przedstawiono schemat składników cyklu Rankine ’ a infigure 8.11. Cykl jest pokazany na I współrzędne na rysunku 8.12.Procesy w cyklu Rankine ’ a są następujące:

$d \rightarrow e$ : ciecz chłodna w temperaturze początkowej jest odwracalna do wysokiego ciśnienia przez pompę. W tym procesie zmienia się głośność.
$e \rightarrow a$ : Odwracalne ogrzewanie stałe pod ciśnieniem w kotle do temperatury.
$a \rightarrow B$ : ciepło dodawane w stałej temperaturze (stałe ciśnienie), z przejściem cieczy do pary.
$B \rightarrow c$ : Isentropicexpansion through a turbine. Jakość maleje z unity atpoint do .
$c \rightarrow d$ : Mieszanina ciecz-para skondensowana poprzez ekstrakcję ciepła .

rysunek 8.12:schemat cyklu Rankine ’ a.Stacje odpowiadają tym na rysunku 8.11

w cyklu Rankine ’ a średnia temperatura, w której dostarczane jest ciepło, jest niższa niż temperatura maksymalna, , tak że wydajność jest mniejsza niż w cyklu Carnota pracującym między tymi samymi maksymalnymi i minimalnymi temperaturami. Absorpcja ciepła odbywa się pod ciśnieniem stałym ponad , ale tylko część jest izotermiczna.Ciepło odrzucone występuje nad ; jest to zarówno stała temperatura, jak i ciśnienie.

aby zbadać sprawność cyklu Rankine ’ a, definiujemy meaneffective temperature,, pod względem wymienianego ciepła i różnic:

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

The thermal efficiency of the cycle is

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

procesy kompresji i ekspansji są izentropowe, więc różnice entropii są powiązane przez

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

sprawność cieplna może być zapisana jako średnia efektywnośćemperatur jako

$\displaystyle \eta_\textrm{THERMAL} =1 - \frac{T_{M1}}{T_{m2}}.$

dla cyklu Rankine ’ a, $t_{m1} \approx t_1$ $t_{m2} T_2$ . Z tego równania widzimy nie tylko przyczynę, że efektywność cyklu jest mniejsza niż w cyklu Carnota, ale także kierunek, w jakim należy poruszać się między projektowaniem cyklu (zwiększona $t_{m2}$ ), jeśli chcemy zwiększyć wydajność.

istnieje kilka funkcji, na które należy zwrócić uwagę w temacie figure 8.12 i ogólnie cyklu Rankine ’ a:

I diagramy nie są podobne kształtem, jak w przypadku gazu doskonałego o stałych specyficznych ogrzewaniach. Nachylenie linii odwracalnego dodawania ciepła o stałym ciśnieniu wynosi, jak wynika z rozdziału 6,
$\displaystyle \left(\frac{\partial h}{\partial s}\right)_P = T.$

w obszarze dwufazowym stałe ciśnienie oznacza również stałą temperaturę, więc nachylenie linii dodawania ciepła o stałym ciśnieniu jest stałe, a linia jest prosta.
efekt ich odwracalności jest reprezentowany przez przerywaną linię od do. Nieodwracalne zachowanie podczas ekspansji skutkuje wartością entropii $s_{c'}$'}$ w stanie końcowym ekspansji , która jest wyższa niż . Entalpia na końcu ekspansji (wyjście zurbiny)jest więc wyższa dla procesu nieodwracalnego niż dla procesu odwracalnego, a jak widać dla cyklu Braytona, pracaurbiny jest zatem niższa w przypadku nieodwracalnego.
cykl Rankine ’ a jest mniej wydajny niż cykl Carnota dla podanych maksymalnych i minimalnych temperatur, ale, jak wspomniano wcześniej, jest bardziej efektywny jako praktyczne urządzenie do produkcji energii.