Mérnöki alapok 8. előadás Készítette: dr. Váradi Sándor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80 Fax: 463-30-91 http://www.vizgep.bme.hu
Alkalmazás d 1 =100mm-es csővezetékbe építendő Ventúri mérő d 2 =60mm-es torok átmérővel q=10dm 3 /s víz térfogatáram mérésére Mekkora a nyomáskülönbség? A 1 =7.85*10-3 m 2 v 1 =1.27m/s A 2 =2.827*10-3 m 2 v 2 =3.54m/s 4 2 d2 1000 2 60 p p1 p2 v2 1 *3.54 * 1 5454 a 2 d 2 100 1 4 h Hg p v g 13600 5454 1000 *9.81 0.044 m 44mm
KALORIKUS FOLYAMATOK Tüzelőanyag: elégetve hő szabadul fel szilárd: fa, szén, tőzeg, energiafű, napraforgó maghéj folyékony: kőolaj lepárlási termék gáz: földgáz
A tüzelőanyag jellemzői Tömegáram: t m m t Fűtőérték: egységnyi tömegű tüzelőanyag tökéletes égésekor felszabaduló hő H [J/], ha Hőmérséklete az égés előtt és után egyaránt 20 C Az égéskor keletkező víz gőz-állapotban van jelen t s h
Élelmiszerek tej: 193kJ/100g=1930kJ/ vaj: 2240kJ/100g=22400kJ/=22.4MJ/ Benzin: 44000kJ/=44MJ/ (1 vaj ~ 1000Ft 22400kJ 1 benzin ~ 300Ft 44000kJ)
Bevezetett munka és teljesítmény az előző fogalmakkal W b m H t J J m H s J W b t J s
FAJLAGOS FOGYASZTÁS A hőerőgép egységnyi hasznos munkájára vonatkoztatott tüzelőanyag-mennyiség b m W t h m t h mértékegysége: gyakran J kwh Az átszámításhoz: 1Ws=1J 1Wh=3600J=3.6kJ 1kWh=3600000J=3600kJ=3.6MJ
FAJLAGOS HŐFOGYASZTÁS Egységnyi hasznos munkára vonatkozó bevezetett munka (a hatásfok reciproka) q W W b h Alkalmazás: mértékegysége előfordul Személygépkocsival Bp. Balatonboglár L=140km mt H mt b bh T=2h Átlagos teljesítmény: =20kW 1 MJ kwh
Átlagos fogyasztás: f=8liter/100km A benzin sűrűsége b=850/m 3 A benzin fűtőértéke H=44MJ/ Az elfogyasztott benzin tömege: L 3 3 140km 3 mt f b 8*10 m * *850 / m 9. 52 100 100km Hasznos munka: W h T 20kW *2h 40kWh 144 MJ Fajlagos fogyasztás: b mt 9.52 0.238 0.238 / kwh 0. 0661 W 40kWh 3.6 MJ h MJ
Fajlagos hőfogyasztás: q bh 0.0661 MJ * 44 MJ 2.91[ ] Hatásfok: 1 q 1 2.91 0.344 34.4%
ENTALIA További fogalmak Tömegegységre vonatkoztatott energia (entalpia) a már korábban megismert BERNOULLI ENTALIA (i B ): ÖSSZENTALIA (i ö ): i B Ahol u a belső energia, ami kizárólag a hőmérséklet függvénye, azaz u=u(t). Megváltozása: u=c t Ahol c a fajhő: az a munkamennyiség, ami 1 anyag hőmérsékletét 1 C vagy 1K értékkel változtatja meg p gh 2 v 2 2 p v i ö gh 2 u J
A c fajhő mértékegysége: J K vagy kj K Víz esetén légköri nyomáson: J kj C 4187 4.187 4. 2 K K TERMODINAMIKAI ENTALIA (i t ) i t p kj K u Értéke közelítőleg megegyezik az összentalpia értékével olyan esetben, amikor a tömegegységre vonatkoztatott helyzeti és mozgási energia elhanyagolható
Teljesítmény = tömegáram * entalpia J mi W s m s i J Alkalmazás: p o =1bar nyomáson t=100 C hőmérsékletű forró víz termodinamikai entalpiája: i fv p o ct Mennyit változik az entalpia víz felmelegítése során? J o kj iv c t 4187 *100 C 420 o C
További hő közlésekor, forralásnál a víz fázis elfogy és telített gőz keletkezik kj A párolgáshő értéke: r 2260 (100 C-on) kj kj ig iv r 420 2260 2680 kj
Hőerőmű körfolyamata
Gőz tömegáram m g Tüzelőanyag tömegáram m t A kazán hasznos teljesítménye Kh m g i 2 i 1 A kazánba bevezetett teljesítmény A kazán hatásfoka K Kh Kb Kb m H t m g i2 i1 m H t
A gőzturbina bevezetett teljesítménye Tb m g i 2 i 3 A gőzturbina hasznos (mechanikai) teljesítménye Th M A gőzturbina hatásfoka T Th Tb m g i 2 M i 3 Alkalmazás: A friss gőz entalpiája: i 2 =3370kJ/ Entalpiaváltozás a turbinán: i gt =1190kJ/
A gőzturbina fajlagos gőzfogyasztása (a gőzturbina hasznos teljesítményére vonatkoztatva): b=3.477/kwh A generátor hatásfoka: G=97% A gőzturbina gőzfogyasztása: m g 179.2Mg / h 179.2*10 / 3 h Mekkora a generátorról levehető, hasznosítható teljesítmény? Th Gen b b m g Th
A turbina hasznos teljesítménye: 3 m g 179.2*10 / h Th b 3.477 / kwh A turbina bevezetett teljesítménye: Gen Gen h MW MW Gen h Gen Gen b 0.7*51.55 50 Gen b 51.55MW 3 179.2*10 / h m Tb g i2 i3 *1190 kj / 3600 s / h 59. 25MW A generátor hasznos teljesítménye: A turbina hatásfoka: Th 51.55MW T Tb 59.25MW 0.87 87% Gen b
1 gőz termelésére mennyi hőt használnak fel, ha a tápvíz hőmérséklete 30 C A tápvíz entalpiája: kj o kj itápvíz i1 ct1 4.187 *30 C 125. 6 o C A kazánban gőztermeléskor létrejövő entalpia-változás: kj kj kj i gk i2 i1 3370 125.6 3244. 4 Ennek hány százaléka a turbinán lévő entalpia-változás? i i gt gk kj 1190 kj 3244.4 0.367 36.7%
A kazánt 36.35Mg/h 20MJ/ fűtőértékű szénnel működtetik. A kazánba bevezetett teljesítmény: m Kb th 10.1 / s*20mj / 202 MW A kazán hasznos teljesítménye: 3 200 *10 / h m Kh g gk *3.149 MJ / 174. 9MW 3600 s / h A hőerőmű összhatásfoka: ö h b Gh Kb 50MW 202 MW 0.2475 25%
A hőerőmű SHANKEY diagramja