Цикл Ренкина

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Термодинамические циклы
Thermodynamics navigation image.svg
Статья является частью серии «Термодинамика».
Эталонный цикл Эдвардса
Цикл Аткинсона
Цикл Брайтона/Джоуля
Цикл Гирна
Цикл Дизеля
Цикл Калины
Цикл Карно
Цикл Ленуара
Цикл Миллера
Цикл Отто
Цикл Ренкина
Цикл Стирлинга
Цикл Тринклера
Цикл Хамфри
Цикл Эрикссона
Разделы термодинамики
Начала термодинамики
Уравнение состояния
Термодинамические величины
Термодинамические потенциалы
Термодинамические циклы
Фазовые переходы
править
См. также «Физический портал»

Цикл Ренкина — термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью водяного пара.

История[править | править вики-текст]

Цикл Ренкина был предложен в середине XIX века инженером и физиком У. Ренкином

КПД цикла[править | править вики-текст]

Термодинамические исследования цикла Ренкина показывают, что его эффективность в большей степени зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара.

\,\!\eta = \frac{q_1-q_2}{q_1} = \frac{l_a^T-l_a^H}{q_1}.

Процессы[править | править вики-текст]

Диаграмма T-S

Цикл Ренкина состоит из следующих процессов:

  • изобара линия 4-5-6-1. Происходит нагрев и испарение воды, а затем перегрев пара. В процессе затрачивается теплота {q_1}.
  • адиабата линия 3-4. Сжатие сконденсировавшейся воды до первоначального давления в парогенераторе с затратой работы {l_a^H}.

Применение[править | править вики-текст]

Цикл Ренкина нашёл применение в современных тепловых электростанциях большой мощности использующих в качестве рабочего тела водяной пар.

Обратный цикл Ренкина[править | править вики-текст]

При прохождении цикла Ренкина в обратном направлении (1—6—5—4—3—2—1) он описывает рабочий процесс холодильной машины с двухфазным рабочим телом (то есть претерпевающим в ходе процесса фазовые переходы от газа к жидкости и наоборот). Холодильные машины, работающие по этому циклу, с фреоном в качестве рабочего тела широко используются на практике в качестве бытовых холодильников, кондиционеров и промышленных рефрижераторов с температурой морозильника до −40 °C.

Варианты цикла Ренкина[править | править вики-текст]

Цикл Ренкина с перегревом[править | править вики-текст]

Регенеративный цикл[править | править вики-текст]

Иные жидкости для цикла Ренкина[править | править вики-текст]

В так называемом Органическом цикле Ренкина[en] вместо воды и водяного пара используются органические жидкости, например н-пентан[1] или толуол[2]. За счет этого становится возможным использовать источники тепла, имеющие низкую температуру, например солнечные пруды (Solar pond), которые обычно нагреваются до 70–90 °C.[3] Термодинамическая эффективность подобного варианта цикла невелика из-за низких температур, однако низкотемпературные источники тепла значительно дешевле высокотемпературных.

Также цикл Ренкина может быть использован с жидкостями, имеющими более высокую температуру кипения, чем вода, для получения большей эффективности. Примером таких машин является турбина, работающая на парах ртути, используемая как высокотемпературная часть в ртутно-водяном бинарном цикле Ртутнопаровая турбина (англ.)русск.).[4][5]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Canada, Scott; G. Cohen, R. Cable, D. Brosseau, and H. Price (2004-10-25). «Parabolic Trough Organic Rankine Cycle Solar Power Plant». 2004 DOE Solar Energy Technologies (US Department of Energy NREL). Проверено 2009-03-17.
  2. Batton, Bill Organic Rankine Cycle Engines for Solar Power. Solar 2000 conference. Barber-Nichols, Inc. (18 июня 2000). Проверено 18 марта 2009. Архивировано из первоисточника 20 августа 2013.
  3. Nielsen et al., 2005, Proc. Int. Solar Energy Soc.
  4. Вукалович М.П. Новиков И.И. «Термодинамика» - 1972 - стр 585
  5. Виды теплофикационных турбин (Учебно-методический комплекс "Техническая термодинамика") // Чувашский государственный университет. : "ртуть имеет невысокое давление насыщения при высоких температурах и высокие критические параметры ркр=151 МПа (1540 кгс/см2), Ткр==1490° С, а при температуре, например, 550°С давление насыщения составляет всего лишь 1420 кПа (14,5 кгс/см2); это позволяет осуществить цикл Ренкина на насыщенном ртутном паре без перегрева с достаточно высоким термическим к. п. д. ... Таким образом, ртуть как рабочее тело хороша для верхней (высокотемпературной) части цикла и неудовлетворительна для нижней."

Литература[править | править вики-текст]

  1. Г.Ф. Быстрицкий Основы энергетики. — М.: Инфра-М, 2007. — 276 с. — ISBN 978-5-16-002223-9
  2. Техническая термодинамика. Под ред. В. И. Крутова. Москва «Высшая школа» 1981 (формат djvu)