Tài liệu Chương 3: Sự biến đổi năng lượng trong tầng tuốc bin doc

- 39 -

CHÆÅNG 3

SÆÛ BIÃÚN ÂÄØI NÀNG LÆÅÜNG TRONG TÁÖNG TUÄÚC BIN

3.1- Nhæîng giaí thiãút vaì caïc phæång trçnh cå baín.

Quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng trong tuäúc bin ráút phæïc taûp, phuû thuäüc vaìo ráút

nhiãöu yãúu täú nhæ kêch thæåïc cuía táöng tuäúc bin, chãú âäü doìng chaíy v.v... Âãø coï thãø tênh

toaïn chuïng ta cáön co mäüt säú giaí thiãút vaì sæí duûng mäüt säú phæång trçnh cå baín cuía

doìng chaíy. Åí âáy ta seî xeït doìng håi laì äøn âënh mäüt chiãöu, tæïc laì ta cho ràòng caïc

thäng säú cuía doìng åí báút kyì âiãøm naìo cuîng âæåüc giæî khäng âäøi theo thåìi gian vaì sæû

thay âäøi chè xaíy ra khi chuyãøn tæì tiãút diãûn naìy sang tiãút diãûn khaïc.

Thæûc tãú, trong táöng tuäúc bin doìng luän bë cháún âäüng theo chu kyì. Caïnh âäüng

âæåüc gàõn lãn vaình âéa vaì cuìng quay troìn, láön læåüt khi thç âi qua pháön trung tám cuía

raînh äúng phun, khi thç càõt ngang vãût åí sau meïp ra cuía caïc caïnh quaût åí træåïc âoï. Vç

thãú täúc âäü doìng håi bao quanh caïnh quaût thay âäøi theo chu kyì, âãø âån giaín hoïa ta giaí

thiãút gáön âuïng ràòng, doìng håi trong caïnh âäüng laì äøn âënh, vaì seî hiãûu chènh sæû sai lãûch

do doìng khäng âãöu bàòng hãû säú caïc täøn tháút phaït sinh trong daîy caïnh âäüng. Âiãöu kiãûn

äøn âënh cuîng khäng âæåüc tuán thuí trong nhæîng træåìng håüp laìm viãûc âàûc biãût cuía tuäúc

bin, vê duû, khi thay âäøi nhanh læu læåüng håi qua tuäúc bin vaì khi caïc thäng säú håi ban

âáöu vaì cuäúi bë dao âäüng.

Âäúi våïi nhiãöu baìi toaïn thæûc tãú cáön phaíi giaíi khi tênh toaïn tuäúc bin, coï thãø sæí

duûng caïc phæång trçnh mäüt chiãöu, cho ràòng sæû thay âäøi caïc thäng säú vaì täúc âäü cuía

doìng trong raînh chè xaíy ra theo mäüt chiãöu cuía tám raînh. Trong nhiãöu træåìng håüp

cuîng cáön xeït âãún doìng hai hoàûc ba chiãöu næîa.ÅÍ nhæîng chäù maì sæû phán têch bàòng lyï

thuyãút chæa âuí âaím baío âäü tin cáûy, khi xaïc âënh caïc âàûc tênh thæûc cuía doìng chaíy, thç

phaíi nhåì âãún thæûc nghiãûm. Sæû kãút håüp giæîa thuí thuáût toaïn hoüc âaî âæåüc âån giaín hoïa

våïi caïc hãû säú thæûc nghiãûm seî cho ta kãút quaí khaï chênh xaïc.

Âãø tênh toaïn doìng chaíy cuía cháút loíng chëu neïn vaì mä taí quaï trçnh biãún âäøi

nàng læåüng trong táöng tuäúc bin, ta seî sæí duûng nhæîng phæång trçnh cå baín sau âáy :

1) Phæång trçnh traûng thaïi

2) Phæång trçnh liãn tuûc

3) Phæång trçnh âäüng læåüng

4) Phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng.

1- Phæång trçnh traûng thaïi:

Phæång trçnh traûng thaïi âån giaín nháút âäúi våïi khê lyï tæåíng laì phæång trçnh Clapeyron:

pv = RT (3-1)

- 40 -

Trong âoï :

p - aïp suáút tuyãût âäúi , N/m2

hay Pa

v =

ρ

1 - thãø têch riãng, m3

/kg

ρ - máût âäü, kg/ m3

T - nhiãût âäü tuyãût âäúi, o

K

R - hàìng säú cháút khê, J/âäü

Nãúu p = 1,013.105 pa ; vµ = 22,4 Nm3

/mole ; T = 273o

K

R = 8,314

273

1,013.10 .22,4

T

pv 5

n

= = µ kJ/âäü

Moüi cháút khê thoía maîn phæång trçnh naìy âæåüc goüi laì khê lyï tæåíng.

Âäúi våïi håi quaï nhiãût phæång trçnh naìy khäng chênh xaïc, båíi vç hãû säú R phuû

thuäüc vaìo aïp suáút vaì nhiãût âäü vaì quan hãû phuû thuäüc chênh xaïc laì :

i =

k 1

k

− pv + const (3-2)

Tæïc laì, entanpi cuía håi giæî khäng âäøi khi têch pv laì mäüt hàòng säú. Nãúu håi coï

tênh cháút thoía maîn âæåüc phæång trçnh (3-2) thç goüi laì “håi lyï tæåíng”.

Nãúu cho ràòng quaï trçnh giaîn nåí håi diãùn ra khäng coï täøn tháút, nhæng nhiãût

cung cáúp vaìo khäng thay âäøi, thç sæû thay âäøi traûng thaïi håi lyï tæåíng seî tuán theo

phæång trçnh cuía quaï trçnh âa biãún ;

pvn

= const (3-3)

Vaì hiãûu cuía entanpi seî laì :

io - i1 =

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ − −

−

n

n

o

o o p

p

p v

n

n

1

1 1

1 (3-4)

Trong âoï n - säú muî cuía quaï trçnh âa biãún.

Trong træåìng håüp riãng, khi khäng coï trao âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi,

doìng chaíy laì âoaûn nhiãût vaì khäng coï täøn tháút thç säú muî n seî bàòng säú muî âoaûn nhiãût vaì

cuîng bàòng tyí säú caïc nhiãût dung :

n = k =

V

p

C

C

(3-4a)

Coìn hiãûu entanpi åí quaï trçnh giaîn nåí âàóng entropi laì :

io - i1 =

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ − −

−

k

k 1

o

1

o o p

p p v 1

k 1

k (3-4b)

- 41 -

Säú muî âoaûn nhiãût k âäúi våïi håi næåïc quaï nhiãût thay âäøi trong phaûm vi k = 1,25

÷ 1,33, thæåìng ta láúy k = 1,3, âäúi våïi håi baío hoìa khä k = 1,135.

Tuy nhiãn viãûc tênh toaïn theo caïc cäng thæïc âaî nãu khäng âaím baío âäü chênh

xaïc cao, nháút laì khi quaï trçnh giaîn nåí laûi chuyãøn tæì vuìng håi quaï nhiãût sang vuìng håi

áøm. Luïc naìy bàõt buäüc phaíi duìng baíng håi næåïc hay laì giaín âäö i-s

2- Phæång trçnh liãn tuûc

Giaí sæí ràòng, trong raînh ( H 3.1) coï doìng håi chuyãøn âäüng äøn âënh, mäüt chiãöu.

Ngoaìi ra ta cho ràòng, tám cuía raînh gáön nhæ theo âæåìng thàóng vaì tiãút diãûn ngang hoàûc

laì khäng thay âäøi hoàûc laì thay âäøi

âãöu âàûn.

Sæû phán phäúi täúc âäü trong

tiãút diãûn ngang cuía raînh cuîng âæåüc

thãø hiãûn trãn H 3.1.

ÅÍ pháön giæîa cuía tiãút diãûn

(trong phaûm vi âoaûn b) täúc âäü

tæång âäúi khäng âäøi vaì bàòng C1,

coìn åí låïp biãn täúc âäü cuía doìng

thay âäøi tæì khäng (ngay trãn vaïch)

âãún C1. Sæû thay âäøi täúc âäü trong

phaûm vi låïp biãn do læûc ma saït (âäü

nhåït) cuía cháút loíng xaïc âënh. Màût

khaïc, bãö daìy cuía låïp biãn cuîng

khaïc nhau vaì phuû thuäüc vaìo âäü

nhåït, täúc âäü doìng chaíy, kêch thæåïc

hçnh hoüc cuía raînh, maì doìng coï thãø

tàng täúc hoàûc giaím täúc trãn âoaûn raînh áúy.

Ta seî xeït doìng chaíy trong âoaûn raînh trãn Hçnh.3.1. Taûi âiãøm A, trãn tiãút diãûn

0-0, ta taïch mäüt pháön tæí diãûn têch dFo vaì kyï hiãûu Co veïctå täúc âäü thàóng goïc våïi pháön

tæí diãûn têch áúy ; vo - thãø têch riãng taûi âiãøm A.

Ta coï læu læåüng khäúi læåüng cuía håi trong mäüt giáy âi qua diãûn têch dFo trãn

diãûn têch 0-0 bàòng :

o

o

o

o dF

v

C dG =

Láúy têch phán trãn toaìn tiãút diãûn 0-0, ta âæåüc læu læåüng toaìn pháön cuía trong

mäüt säú giáy chaíy qua tiãút diãûn Fo

0

0 1

1

0

0 1

1

C0

C0

F0

F1

Låïp biãn C1

dFo

A

dF1

C1m

b

Hçnh. 3.1 Så âäö cuía doìng trong raînh

vaì sæû phán bäú täúc âäü trong caïc

tiãút diãûn ngang cuía raînh

- 42 -

o (Fo) o

o

o dF

v

C G ∫ =

Tæång tæû âäúi våïi læu læåüng håi khi ra khoíi raînh qua tiãút diãûn 1-1 ta coï :

1

1

1

(F ) 1 dF

v

C G 1 ∫ =

Khi chuyãøn âäüng äøn âënh, læu læåüng håi âi qua âoaûn raînh âang xeït trong mäüt

giáy laì khäng âäøi, tæïc laì Go = G1

hay laì : o

o

o

(F )

dF

v

C

0 ∫ = 1

1

1

(F )

dF

v

C

1 ∫ (3-5)

Têch phán læu læåüng theo tiãút diãûn ngang cuía raînh coï thãø trçnh baìy dæåïi daûng:

F

C

v

C

v

dF m

m

1 F

1

1

1

1

1

= ∫ ( ) 1

Trong âoï C1m vaì v1m - caïc âaûi læåüng trung bçnh (theo læu læåüng) cuía täúc âäü vaì

thãø têch riãng cuía håi.

Trong nhiãöu træåìng håüp thæûc tãú ngæåìi ta tênh toaïn theo giaï trë trung bçnh cuía

C1m vaì v1m.

Trong træåìng håüp täøng quaït ta viãút phæång trçnh liãn tuûc dæåïi daûng :

F

C

v

F

C

v 0

0

0

1

1

1

=

hay laì

= = v

C

G F const (3-6)

Viãút dæåïi daûng lägarit :

lnG = lnF + lnC - lnv

Viãút dæåïi daûng vi phán

0

v

dv

C

dC

F

dF

+ − = (3-7)

hay laì C

dC

v

dv

F

dF = − (3-7’)

Phæång trçnh (3-7’) cuîng chè ra ràòng, gia säú diãûn têch tiãút diãûn ngang cuía raînh

âæåüc xaïc âënh båíi täøng cuía gia säú täúc âäü doìng chaíy vaì gia säú thãø têch riãng. Gia säú

naìy cuîng coï thãø ám hoàûc dæång, nghéa laì äúng phun coï thãø nhoí dáön hoàûc låïn dáön. Tæì

cå såí naìy ngæåìi ta chãú taûo ra caïc äúng phun coï täúc âäü låïn hån ám thanh, hay coìn goüi laì

äúng phun Laval