絕熱渦輪機:什麼,如何,幾種類型​​,示例

本文討論了絕熱渦輪機。 絕熱一詞經常用於熱力學領域。 它是指不允許發生熱傳遞的系統或邊界。

渦輪機是發電廠中用於輔助發電的重要設備。 它包含旋轉的元素。 這種旋轉被轉移到發電的發電機。 我們將在本文中更多地研究絕熱渦輪機。

什麼是絕熱系統?

限制熱量傳遞的系統稱為絕熱系統。 即熱量不能傳遞到周圍環境,熱量不能從周圍環境進入系統。

淨傳熱為零。 這是因為系統的壁是絕熱的。 不允許從系統傳遞熱量。 熱的全部內容僅保留在系統內,成為 內能 系統的。

什麼是渦輪機?

用於將液壓能轉換為機械能的機械裝置稱為渦輪機。 水力能量以移動的水/蒸汽的形式出現,撞擊渦輪機的螺旋槳。

流體的運動,即流體的動能,被傳遞給渦輪機的螺旋槳。 由於這個原因,渦輪軸開始旋轉。 通過這種方式,能量從液壓轉換為機械。 進一步的部分將詳細告訴我們有關渦輪機的更多信息。 

渦輪機的工作

經過上一節的討論,我們現在知道渦輪機將動能轉換為 流體到機械 能源。

在發電廠中,蒸汽用作工作流體,而在水壩中,水用作工作流體。 這裡的工作流體是指負責軸旋轉的流體。 工作流體撞擊螺旋槳表面後,軸旋轉。 轉軸與發電機相連,發電機發電。

什麼是絕熱渦輪?

現在我們知道了絕熱系統和渦輪機的含義。 讓我們看看什麼是絕熱渦輪機。

絕熱渦輪機是其壁是絕熱的渦輪機。 這些牆不允許 傳播熱量 通過他們。 這樣,沒有多少熱量可以逸出渦輪機。 因此,來自渦輪機的淨轉移為零。 當渦輪機處於絕熱狀態時,沒有熱量被添加到渦輪機並且沒有熱量從渦輪機中逸出。

絕熱渦輪工作

我們知道絕熱渦輪機是什麼。 我們可以看到,普通渦輪機和普通渦輪機之間沒有物理區別 絕熱渦輪,它們之間唯一的區別是絕熱渦輪不允許傳熱 發生。

同樣,絕熱渦輪機的工作也與普通渦輪機相同。 在幾乎所有情況下,渦輪機的壁都保持絕熱。 因此,絕熱渦輪機的工作與我們在上面討論的普通渦輪機的工作方式相同。

絕熱燃氣輪機

正如我們研究了使用水壩的渦輪機,它們使用水作為工作流體,使渦輪機中的螺旋槳軸旋轉。

當使用的工作流體是氣體時,渦輪機稱為燃氣輪機。 燃氣輪機主要用於飛機發電廠和用於發電的火力發電廠。 兩種渦輪機使用的材料不同,因為使用的工作流體類型不同。

絕熱汽輪機

絕熱的 汽輪機 是一種以蒸汽為工作流體的渦輪機。 眾所周知,蒸汽是水的氣態形式。

蒸汽含有高動能,被傳遞到渦輪的螺旋槳。 當高能蒸汽撞擊螺旋槳表面時,渦輪轉子開始運動。 壓力 下降 將發生在渦輪機內部,同時進入的蒸汽處於高壓狀態。 該壓力下降,蒸汽通過渦輪後變成低壓蒸汽。 

絕熱可逆渦輪機

可逆一詞是指其中所有過程都是理想的渦輪機。 可逆過程中不存在摩擦損失或能量洩漏。

當我們談論絕熱可逆渦輪機時,它意味著渦輪機內部發生的膨脹過程幾乎是理想的。 通常將多級渦輪機視為可逆渦輪機。 當壁是絕熱的時,該渦輪機變成絕熱可逆渦輪機。

絕熱渦輪方程

絕熱渦輪機中使用的方程如下 -

渦輪機所做的功由-

重量= h2-h1

哪裡,

h2 是點 2 的焓

h1 是點 1 的焓

絕熱渦輪效率

效率 被定義為在輸入一些輸入後從系統或設備獲得的輸出。

絕熱效率 渦輪 給出為-

效率=輸出/輸入= Wt/Qa

哪裡,

Wt 是渦輪做的功

Qa 是系統中添加的熱量

渦輪機是可逆的嗎?

我們已經在上面討論過,當渦輪機中的膨脹過程是理想的時,渦輪機被認為是可逆的。

實際上,沒有任何設備可以被認為是理想的,但是通過增加膨脹過程的級數可以使渦輪機接近理想。 這種類型的渦輪機稱為多級渦輪機。 使用多個渦輪機的過程稱為再加熱。

汽輪機是絕熱的嗎?

當熱傳遞被完全限制時,蒸汽輪機可以說是絕熱的。

蒸汽通過冷凝器後變成液體。 在渦輪機中,僅發生蒸汽中的壓降。 高壓進入的蒸汽在出口處轉化為低能蒸汽。

絕熱渦輪
圖片:打開外殼的蒸汽輪機

圖片來源:西門子 Pressebild, 濕渦輪機蒙太奇01CC BY-SA 3.0

為什麼渦輪機是絕熱的?

渦輪機是絕熱的,因為全部能量都用於驅動渦輪機軸。

沒有能量以熱的形式損失,也沒有能量以熱的形式進入渦輪機。 參與能量傳遞過程的唯一能量是流體的動能和渦輪轉子的動能。

絕熱渦輪熵

在討論絕熱渦輪的熵之前,我們先了解一下熵的含義。 熵被廣泛接受的定義說它是系統中隨機性的度量。

在實際渦輪機中,熵值增加。 而對於可逆絕熱過程,產生的熵值為零。 這是因為熵是一個狀態函數,對於可逆過程,端點是相同的,因為過程是絕熱的,因為沒有 傳播熱量 熵的變化為零。

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