formula barometrica. Distribuzione di Boltzmann.
A
derivazione dell'equazione di base
teoria cinetica molecolare dei gas
e distribuzione maxwelliana delle molecole
si presumeva che la velocità fosse
che le forze esterne non agiscono sulle molecole
gas, quindi le molecole sono uniformemente
distribuito per volume. Ma le molecole
di qualsiasi gas sono in potenziale
il campo gravitazionale terrestre. Gravità, s
un lato e movimento termico
le molecole, d'altra parte, portano il gas a
qualche stato stazionario
a cui la pressione del gas con l'altezza
diminuisce.
Ricaviamo
la legge della variazione della pressione con l'altezza,
supponendo che la massa di tutti
le molecole sono le stesse, il campo gravitazionale
omogenea e la temperatura è costante.
Fig. 1
Se
la pressione atmosferica a quota h è
p (Fig. 1), quindi all'altezza h + dh è uguale a p + dp
(per dh>0 dp2:
dove
ρ è la densità del gas all'altezza h (dh è così
poco che quando si cambia l'altezza in questo
intervallo, si può considerare la densità del gas
costante). Si intende,
(1)
Conoscere
equazione di stato dei gas ideali
pV=(m/M) RT (m è la massa del gas, M è la massa molare
gas), lo troviamo
Sostituendo
è l'espressione in (1), otteniamo
o
CON
variazione di altezza da h1 prima di
h2 pressione
cambia da r1 prima di
R2 (Riso.
67), cioè
o
(2)
Espressione
(2) chiamatobarometrico
formula.
Ti permette di calcolare l'atmosfera
pressione a seconda dell'altitudine o,
misurando la pressione, trova l'altezza: Dal
le altezze sono considerate relative al livello
mari dove la pressione è considerata normale,
allora può essere rappresentata l'espressione (2).
come
(3)
dove
p è la pressione all'altezza h.
dispositivo
per determinare l'altezza da terra
si chiama superficiealtimetro (oaltimetro).
Il suo lavoro si basa sull'applicazione
formule (3). Da questa formula ne consegue che
più pesante è il gas, maggiore è la pressione
diminuisce più velocemente.
barometrico
la formula (3) può essere trasformata se
usa la formula p=nkT:
dove
n è la concentrazione di molecole all'altezza h,
n-
lo stesso, ad altezza h=0. Poiché M=mNUN (NUN –
Costante di Avogadro, m -
massa di una molecola), a R=kNUN,
poi
(4)
dove
mg=P
è l'energia potenziale della molecola in
campo gravitazionale, cioè
(5)
Espressione
(5) chiamatodistribuzione
Boltzmann per
campo potenziale esterno. Fuori di lui
Si può vedere che a temperatura costante
la densità del gas è maggiore dove è minore
energia potenziale delle sue molecole.
Se
le particelle sono in uno stato di caos
moto termico e hanno lo stesso
massa e , quindi la distribuzione di Boltzmann
(5) applicabile in qualsiasi potenziale esterno
campo, e non solo nel campo di gravità.
Come viene determinata l'efficienza di una turbina a gas?
Ecco un paio di semplici formule per mostrare qual è l'efficienza di un impianto con turbina a gas:
Potenza interna della turbina:
Nt = Gex * Lt, dove Lt è il funzionamento della turbina, Gex è la portata dei gas di scarico;
Potenza interna GTU:
Ni gtu \u003d Nt - Nk, dove Nk è la potenza interna del compressore d'aria;
Potenza effettiva GTU:
Nef \u003d Ni gtu * Efficienza mech, efficienza mech - efficienza associata a perdite meccaniche nei cuscinetti, può essere presa 0,99
Energia elettrica:
Nel \u003d Ne * efficienza es., dove efficienza es. è l'efficienza associata alle perdite nel generatore elettrico, possiamo prendere 0,985
Calore disponibile del combustibile:
Qsp = Gtop * Qrn, dove Gref - consumo di carburante, Qrn - il potere calorifico di esercizio più basso del carburante
Rendimento elettrico assoluto di un impianto a turbina a gas:
Efficienza \u003d Nel / Q dist
CHP a ciclo combinato
L'efficienza del CCGT è superiore a quella della GTU, in quanto l'impianto a ciclo combinato utilizza il calore dei gas di scarico della GTU. Dietro la turbina a gas è installata una caldaia per il calore di scarto, in cui il calore dei gas di scarico della turbina a gas viene trasferito al fluido di lavoro (acqua di alimentazione), il vapore generato viene inviato alla turbina a vapore per generare elettricità e calore.
L'efficienza CCGT è solitamente rappresentata dal rapporto:
Efficienza PGU \u003d Efficienza GTU * B + (efficienza 1-GTU * B) * Efficienza PSU
B è il grado di binarità del ciclo
Efficienza PSU - Efficienza di una centrale a vapore
B = Qks/(Qks+Qku)
Qks è il calore del combustibile bruciato nella camera di combustione di una turbina a gas
Qku - calore del combustibile aggiuntivo bruciato nella caldaia del calore di scarto
Allo stesso tempo, si nota che se Qku = 0, allora B = 1, cioè l'installazione è completamente binaria.
Influenza del grado di binarità sull'efficienza del CCGT
| B | Efficienza GTU | Efficienza dell'alimentatore | Efficienza CCGT |
| 1 | 0,32 | 0,3 | 0,524 |
| 1 | 0,36 | 0,32 | 0,565 |
| 1 | 0,36 | 0,36 | 0,590 |
| 1 | 0,38 | 0,38 | 0,612 |
| 0,3 | 0,32 | 0,41 | 0,47 |
| 0,4 | 0,32 | 0,41 | 0,486 |
| 0,3 | 0,36 | 0,41 | 0,474 |
| 0,4 | 0,36 | 0,41 | 0,495 |
| 0,3 | 0,36 | 0,45 | 0,51 |
| 0,4 | 0,36 | 0,45 | 0,529 |
Elenchiamo in sequenza le tabelle con le caratteristiche dell'efficienza delle turbine a gas e dopo di esse gli indicatori del CCGT con questi motori a gas e confrontiamo l'efficienza di una turbina a gas separata e l'efficienza del CCGT.
