Grundlagen der Kreisprozesse Flashcards
- und 2. Hauptsatz der Thermodynamik
- : W+Q=ΣE
2. : T ds = dQ
Was ist ein Kreisprozess?
Prozesse, die beliebig viele Zustandsänderungen ausführen, wobei der letzte dem ersten Zustand entspricht, heißen Kreisprozesse.
Unterschied links- und rechtsläufige Kreisprozesse.
Rechtsläufig: Umwandlung Wärme in Arbeit (WKM) (Arbeit wird abgegeben)
Linksläufig: Umwandlung Arbeit in Wärme (WP) (Arbeit wird zugeführt)
Herleitung thermischer Wirkungsgrad Carnot-Prozess.
Siehe Folie
1. Energiebilanz, 2. Entropiebilanz, 3. in η einsetzen
Skizziere Clausius-Rankine-Prozess in T,s und h,s Diagramm
Siehe Folie
Formel mittlere thermodynamische Temperatur der Wärmezufuhr und die dadurch resultierende Änderung des Wirkungsgrades.
Tm,zu = h3-h2/s3-s2
ηc=ηth,rev=1-Tab/Tm,zu
Welche beiden Möglichkeiten gibt es, um den Wirkungsgrad des Clausius-Rankine Prozess zu erhöhen? Welche Probleme gehen mit beiden Möglichkeiten einher?
- Anheben der Maximaltemperatur Tmax
- Tm,zu steigt unmittelbar an, η steigt jedoch nur bedingt an
- Aber: Tmax zurzeit =650*C (wirtschaftlich)
Wahl der Werkstoffe limitiert - Anheben des Maximaldrucks pmax
- Tm,zu steigt stark an
- Aber: Linksverschiebung von 4 erhöht Tropfenschlagrisiko
Welchen Wert sollte der Dampfgehalt x nach der Expansion nicht unterschreiten?
Tropfenschlag bei unter x=0,88
Funktionsweise der Zwischenüberhitzung (T,s Diagramm, Blockschaltbild)
Skizze siehe Folie Erwärmung auf Tmax (Hochdruck) Entspannung in Hochdruckturbine Erwärmung auf Tmax (Mitteldruck) Entspannung in Niederdruckturbine
- > Anstieg von η durch Erhöhung von Tm
- > Expansion verschoben zu höherem Dampfgehalt x
- > Steigerung der Nutzarbeit
Funktionsweise und Probleme regenerative Speisewasservorwärmung.
Betrachtung Sattdampfprozess
Lösungsidee: Wärmezufuhr so modifizieren, dass ein Beobachter von außen nur isotherme Wärmeübergangsvorgänge beobachten kann. Carnotisierung.
qzu 22a = qab 33a
Aber: Entspannungsvorgang sehr komplex, nicht realisierbar
Idealer Wärmetauscher nicht realisierbar
Zeichne den Joule Prozess in ein T,s Diagramm und als Blockschaltbild
Siehe Folie
1-2 isentrope Verdichtung
2-3 Isobare Wärmezufuhr
3-4 isentrope Expansion
4-1 Isobare Wärmeabfuhr
Formel Wirkungsgrad Joule Prozess
ηth,rev= 1-1/Π^κ-1/κ
Π=p2/p1=p3/p4
Wie lässt sich der Joule-Prozess optimieren?
- Erhöhung des Druckverhältnisses Π (=10 industriell)
- Variation des Arbeitsmediums -> κ erhöhen(Edelgase), bislang aufwendig und teuer, benötigt geschlossenen Prozess
- Zwischenkühlung und Zwischenfeuerung
- Luftvorwärmung
Erläuterung Zwischenkühlung und Zwischenfeuerung Joule-Prozess
Isobaren sind konvergent für sinkende Entropie
-> Teilverdichtung mit Zwischenkühlung führt zu geringerem Enthalpiebedarf
-> Teilentspannung mit Zwischenerhitzung führt zu höherem Enthalpieertrag
Erklärung mit Skizze siehe Folie
Erklärung Luftvorwärmung.
- Luftvorwärmung der verdichteten Luft durch inneren Wärmeaustausch mit Abgasstrom
- Reduzierung der äußeren Wärmezu und abfuhr
- Erhöhung der mittleren Temperatur der Wärmezufuhr und Minderung der mittleren Temperatur der Wärmeabfuhr -> Erhöhung Wirkungsgrad
Skizze siehe Folie
Vorteile Joule und Clausius-Rankine Prozess
Joule: Wärmezufuhr bei hohen Temperaturen
C-R: Wärmeabfuhr bei niedrigen Temperaturen
Zeichne ein Blockdiagramm eines GuD-Prozesses und eine weitere denkbare Kombination.
Siehe Folie
Zeichnen Sie einen GuD Prozess in ein T,s-Diagramm, wenn Sie davon ausgehen, dass die einzige Wärmequelle des Dampfkraftprozesses das heiße Abgas des Gasturbinenprozesses ist.
Siehe Folie
Formel dw und dq
dw=cp*dT=dh
dq=cp*dT=dh
Formel T2/T1 Joule-Prozess
T2/T1 = (p2/p1)^(k-1/k)
Formel Isentropenexponent kappa und R
k=cp/cv ,R=cp-cv
