Расходных характеристик

где расходные параметры Ф и Ф0 принимаются по кривым рис. 9.4 в зависимости от числа ступеней z и отношения давлений Р = = PZ/PI и Р = (p2/Pi)o соответственно. Для реактивных ступеней можно пользоваться теми же кривыми, вычислив предварительно фиктивное приведенное число ступеней по формуле znp = z/(l—р). После нахождения расхода, учитывая, что его значение одинаково для всех ступеней, можно с помощью этих кривых найти давление за отдельными ступенями и соответственно перепады энтальпий на них.

Основой математической модели теплоэнергетической установки является система уравнений энергетического, расходного и гидравлического балансов в агрегатах установки, а также уравнений изменения полной энергии или энтальпии энергоносителей. Под энергоносителями понимаются различные теплоносители, рабочие тела и т. п., посредством которых осуществляются рабочие процессы и реализуется материальная связь между агрегатами установки. К числу переменных системы балансовых уравнений относятся конструктивные параметры агрегатов, составляющие совокупность ZK, а также термодинамические и расходные параметры циклов, т. е. термодинамические и расходные параметры энергоносителей на входе и выходе из каждого агрегата, объединенные в подмножество Z.

В солнечных ПТУ термодинамические и расходные параметры циклов влияют не только на холодильник-излучатель, но и оказывают существенное воздействие на концентратор солнечного излучения, масса которого составляет до 20 % от массы установки. Поэтому параметры совокупности Z солнечных ПТУ без системы аккумулирования тепла оптимизируются по минимуму удельной

В совокупности внешних факторов модели парогенератора ?опг одновременно с теплофизическими свойствами натрий-калиевой эвтектики, ДФС и материала ЗПГК (стали 12Х18Н9Т) входят граничные термодинамические и расходные параметры потоков натрий-калиевой эвтектики (температуры на входе Гм. вх и выходе Гм. ВЬ1Х), а также допустимое значение потерь давления Арм дифенильной смеси (массовый расход thn, температура Гд_ вх и давление на входе рд. вх; относительное массовое паросодер-жание на выходе XR, вых и минимально допустимое значение коэффициента потерь давления ад). Отметим, что задание величины Арм позволяет оптимизировать парогенератор безотносительно к конкретному высокотемпературному источнику теплоты, а введение параметра сгд вместо абсолютной величины допустимого перепада давления обеспечивает более общую постановку задачи оптимизации.

Как отмечалось в гл. 3, термодинамические и расходные параметры рабочего тела в характерных точках циклов ПТУ оптимизируются в модели установки в целом и входят в совокупности внешних факторов моделей отдельных элементов. Выполнение неравенств (7.33) и (7.34) зависит от значений граничных термодинамических и расходных параметров инжектора. Поэтому названные неравенства должны быть исключены из математической модели инжектора и учитываться в модели ПТУ в целом.

Энергохолодильную, как и любую другую теплоэнергетическую установку, наиболее целесообразно моделировать в виде иерархически взаимосвязанной системы математических моделей отдельных агрегатов и ЭХУ в целом. Элементную базу ЭХУ составляют хорошо изученные и в большинстве традиционные для теплоэнергетики и холодильной техники агрегаты. Поэтому основные трудности при математическом моделировании связаны с созданием моделей ЭХУ в целом. В этих моделях оптимизируются термодинамические и расходные параметры циклов, в результате чего в ряде случаев оптимизируется и сама схема установки. Разработка таких математических моделей имеет и самостоятельное значение, поскольку на их базе, особенно на этапах раннего проектирования, можно выбрать оптимальные схемные решения и оценить основные технико-энергетические параметры ЭХУ. Для получения зависимостей, связывающих термодинамические и расходные параметры циклов ЭХУ с их показателями качества, в дополнение к % введем ряд характеристик ЭХУ.

Выведем соотношения, связывающие термодинамические и расходные параметры циклов ЭХУ с удельной суммарной площадью ее холодильников-излучателей и концентратора солнечной энергии.

Многие параметры теплоэнергетической установки имеют заданный диапазон возможного их изменения. Ограничения бывают также заданы на характеристики отдельных узлов и элементов установки в соответствии с требованием возможности их изготовления и длительной надежности в процессе эксплуатации. Наконец, имеется система балансовых уравнений для всех узлов установки, которая связывает между собой все термодинамические и расходные параметры, а также технологические характеристики процессов.

Постановка задачи. Проектирование теплоэнергетических установок включает выбор оптимальных параметров и характеристик их технологической схемы, конструкций, материалов и компоновок. По своей природе характеристики вида схемы целочисленны, а характеристики компоновок, типов конструкций и их стандартизованные параметры — целочисленны. или дискретны. В то же время термодинамические и расходные параметры связей между узлами оборудования, формирующими схему, по своей природе непрерывны и могут изменяться в технически допустимых диапазонах их значений для каждого типа конструкций узлов и вида их соединений в схеме. Непрерывны также некоторые конструктивные параметры узлов.

В котельном агрегате паротурбинной ТЭС термодинамические и расходные параметры свежего пара, питательной воды, уходящих газов, пара промежуточного перегрева и воздуха на входе и выходе, т. е. параметры внешних связей котлоагрегата, полностью определяются решением задачи комплексной оптимизации непрерывно изменяющихся параметров ТЭС (см. главу 2 § 1). То же относится к термодинамическим и расходным параметрам внешних связей других типов парогенераторов, упомянутых выше. При этом оптимизация значений внутренних конструктивных параметров и характеристик отдельных теплообменных поверхностей, таких,

Комплексная оптимизация теплоэнергетических установок имеет целью выбрать термодинамические и расходные параметры рабочих процессов, конструктивно-компоновочные характеристики элементов оборудования, а также вид тепловой схемы, которым соответствует минимум расчетных затрат по установке. Минимум расчетных затрат является критерием оптимальности параметров при условии неизменности энергетического эффекта от применения установки в энергосистеме.

нал кривая сухого насыщенного пара. Из рисунков видно, что при истечении нагретой воды через короткий канал до давления pi — 75ч-80 кгс/см2 и при любой степени недогрева экспериментальные расходные характеристики практически совпадают с гидравлическими. С увеличением давления свыше 80 кгс/см2 расходные характеристики «отслаиваются» от гидравлических в сторону уменьшения массовых расходов. Наличие пара в потоке приводит к уменьшению плотности истекающей среды и к уменьшению перепада давления по длине канала. Оба эти фактора вызывают уменьшение массовых расходов в сравнении с гидравлическими. Отслоение расходных характе-' ристик от гидравлических в сторону уменьше-ния расходов наступает тем раньше, чем меньше степень недогрев.а воды до насыщения. Данное явление объясняется тем, что при истечении насыщенной воды условия, благоприятные для парообразования по длине канала, наступают раньше, чем при истечении не-догретой воды. Появление в струе потока "даже незначительного количества пара приводит к резкому снижению расходных характеристик. Достаточно сказать, что при степени сухости 1 % и давлении 35 атм занятый паром объем в канале истечения равен половине объема воды. Все расходные характеристики с недогревом от 0 до 5р° С имеют явно выраженный максимум массового расхода, который смещается с увеличением не-догдева в область более высоких начальных давлений. Характер кривых массового расхода через короткие каналы, очевидно, . можно объяснить одновременным влиянием ряда факторов: наличием парообразования в канале, изменением перепада давления по длине канала и особенностью изменения плотности двухфазного потока с'увеличением начальных параметров истечения.

Изменение массовых расходов для других значений l/d аналогично выше описанному. Отличие состоит лишь в том, что «отслоение» расходных характеристик насыщенной воды от гидравлических наступает тем раньше, чем длиннее канал истечения. Данное явление свидетельствует о том, что на режим течения испаряющейся воды решающее влияние оказывает длина канала, т. е. время протекания процесса истечения.

Анализ выполненных исследований показывает, что величина е является определяющей при оценке массовых расходов испа'-ряющейся жидкости, так как, с одной стороны, она характери-, зует создаваемый перепад давления на насадке, а с другой — степень завершенности фазовых переходов. Следует отметить, что степень неравновесности потока зависит не только от длины канала, но и от начальных параметров. По мере увеличения давления неравновесностъ вначале возрастает и достигает максимума при p! = 100-f-125 кгс/см2. С дальнейшим увеличением давления степень неравновесности убывает. Из анализа приведенных расходных характеристик можно предположить, что при давлениях свыше 180—200 кгс/сж2 метастабильность практически отсутствует вплоть до критических параметров. Это явление можно объяснить сближением физических свойств воды и пара в околокритической зоне. Уменьшение степени неравновесности приводит к сближению расходных характеристик в области высоких давлений.

При истечении холодной воды в смеси с воздухом с увеличением содержания воздуха плотность среды уменьшается, поскольку удельный объем воды остается постоянным. Одновременно уменьшается перепад давления по длине канала, который достигает минимального значения при 3i=100%. Оба эти фактора приводят к уменьшению массовых расходов. При истечении нагретой воды закономерность изменения .массовых расходных характеристик сохраняется — массовые расходы по мере увеличения объемного содержания газа в смеси убывают.

Испарения) значение е возрастает от 0 до 0,529. Особенность изменения плотности и критического перепада предопределяет характер расходных характеристик. Из приведенных графиков видно, что для насыщенной воды в определенном диапазоне изменения ipi расход смеси практически остается постоянным. Например, для канала l/d = 8 при pi = 80 кгс/см2 постоянный расход смеси находится в пределах Pi = 604-80°/0, а для р\ = = 10 кгс/см2 pi = 40-=-80%. Постоянство расхода можно объяснить возникновением в некотором диапазоне изменения 3i

Как было сказано ранее, в расчетной модели критическое отношение давлений в выходном сечении принято по сухому .насыщенному пару. - Данное предположение подтверждено экспериментально для pi^90%. Следует ожидать, что при !3i>90% отношение г будет ближе к .значению, . имеющему место при истечении чистого газа (е=0,529), что должно привести к- возрастанию расходных характеристик по сравнению •с расчетными; экспериментально обнаружить этого не удалось из-за .трудности получения смеси с содержанием объемной доли газа более 90%. По этой же причине не представилось возможным сопоставить результаты расчета и эксперимента для истечения смеси при начальной сухости пара более 0,9.

Зависимость (38) для 0 <; T*/s* ^0,1 сек/мкм и 0 <; У ^ <Г 100 мкм/сек приведена на рис. 8, б. Штриховая часть нижней кривой соответствует величинам Т*ап в переходном процессе. Граничные значения T*js* = 0,0147 сек/мкм и v = 14,7 мкм/сек получены по формуле (21) при условии Тн = 0,45Г* (см. рис. 2). Характер изменения Т^ап в зависимости от параметров V, Н и dBx аналогичен рассмотренному выше для ?цер (см- рис. 6). Это согласуется с выводами, полученными в работе [13] при анализе изменения расходных характеристик пневматических приборов в результате равномерного изменения измерительного зазора.

по определению расходных характеристик круглых сходящихся сопел при протекании испаряющейся жидкости [4] было обнаружено, что критическое отношение давлений жидкостно-парового потока неоднозначно. После установления кризисного состояния давление в выходном сечении суживающихся сопел, оставаясь выше давления во внешнем пространстве, убывает с уменьшением противодавления в довольно широком диапазоне отношений Pnp/Pv Критическое давление перестает заметно отзываться на изменение противодавления лишь при Pnp/Pj = 0,30-^-0,25. Уровень, на котором происходит стабилизация Pnp/Pi, зависит при прочих равных условиях от абсолютного давления жидкости перед соплом. Таким образом, для потока испаряющейся жидкости характерно наличие зоны кризисных отношений давлений, располагающейся в интервале относительных противодавлений PnplP± примерно от 0,7 и ниже. Такие же свойства обнаруживает жидкостно-паровой поток и при течении в соплах типа Лаваля. Из кривых рис. 2 видно, что в области критических и сверхкритических перепадов давлений (от Рир/Р1 .^= 0,7 до 0,17) давление в горле Рм с уменьшением противодавления снижается: дальнейшее убывание противодавления уже не сказывается на отношении PJPi.

Фиг. 17. Сравнение относительных расходных характеристик.

Исследование расходных характеристик ступеней ЛПИ на различных режимах П0 = const и п = const показало., что в данных опытах переход от турбинного режима к компрессорному и обратно происходит плавно, без разрыва характеристик. Скачкообразного изменения направления движения потока при исследовании данной группы ступеней не обнаружено.

В основу обобщения полученных опытных данных по мощности положим простые соображения, аналогичные предпосылкам, принятым при обобщении расходных характеристик. Мощность представим в виде N = G/i0, где/г0 — перепад энтальпий в ступени, определяемый по формуле