Nazariya — Termodinamik Asoslar

Bug'li va gaz turbina qurilmalarining ishlash prinsiplari, formulalar va adabiyotlar

Rankin sikli (Bug' turbinasi)

→ Simulyatsiyani ko'rish

Rankin sikli — suv va bug' ishchi suyuqlik sifatida ishlatadigan termodinamik sikldir. U 4 ta asosiy jarayondan iborat.

1→2Nasos (Pump)

Kondenserdagi suyuqlik nasos yordamida qozon bosimiga siqiladi. Adiabatik, izentropi jarayon.

w_pump = v₁·(P₂ - P₁) / η_p
2→3Qozon (Boiler)

Siqilgan suyuqlik qozon ichida isitiladi, bug'lanadi va qizib ketgan bug'ga aylanadi. Izobarik jarayon.

q_boiler = h₃ - h₂
3→4Turbina (Turbine)

Qizib ketgan bug' turbinada kengayadi va mexanik ish bajaradi. Adiabatik jarayon.

w_turbine = η_t·(h₃ - h₄s)
4→1Kondensator

Bug' kondensatorda sovutiladi va suyuqlikka aylanadi. Izobarik jarayon.

q_cond = h₄ - h₁
Asosiy Formulalar
Netto ish:w_net = w_turbine - w_pump
Termal samaradorlik:η = w_net / q_boiler = (w_t - w_p) / q_in
Back work ratio:BWR = w_pump / w_turbine × 100%
Karnot yuqori chegarasi:η_Carnot = 1 - T_L / T_H

Brayton sikli (Gaz turbinasi)

→ Simulyatsiyani ko'rish

Brayton sikli — havo va yonish gazlari ishchi suyuqlik bo'lgan termodinamik sikldir. Siqish darajasi (rp) asosiy parametr hisoblanadi.

1→2Kompressor

Atmosfera havosi kompressor yordamida siqiladi. Adiabatik jarayon.

w_c = Cp·(T₂ - T₁) / η_c
2→3Yonish kamerasi

Siqilgan havo yoqilg'i bilan aralashib yonadi, gazlar isiydi. Izobarik jarayon.

q_in = Cp·(T₃ - T₂)
3→4Gaz turbinasi

Issiq gazlar turbinada kengayadi va mexanik ish bajaradi.

w_t = η_t·Cp·(T₃ - T₄s)
4→1Egzoz (Exhaust)

Chiqindi gazlar atmosferaga chiqariladi. Izobarik jarayon.

q_out = Cp·(T₄ - T₁)
Asosiy Formulalar
Isentropic temp. rise (comp.):T₂s = T₁ · rp^((k-1)/k)
Ideal samaradorlik:η_ideal = 1 - rp^((1-k)/k)
Optimal siqish darajasi:rp_opt = (T₃/T₁)^(k/(2·(k-1)))
Solishtirma yoqilg'i sarfi:SFC = ṁ_fuel / P_net × 3600·1000 (g/kWh)

Bug'-gaz qurilmasi (BGQ)

→ Simulyatsiyani ko'rish

Gaz turbinasi (yuqori harorat) va bug' turbinasi (past harorat) birlashtirilganda, egzoz issiqligini HRSG orqali qayta ishlatish mumkin.

HRSGIssiqlik Qayta Ishlash Bug' Generatori

Gaz turbinasining egzoz gazlari (400-600°C) HRSG da bug' generatsiya qiladi.

Q_HRSG = ṁ_gas · Cp_gas · (T_ex - T_stack) · η_HRSG
CCGTUmumiy Samaradorlik

Kombinatsiyalangan siklda umumiy samaradorlik individual sikllardan ancha yuqori.

η_total = 1 - (1-η_gas)·(1-η_steam)
Asosiy Formulalar
Umumiy quvvat:P_total = P_gas + P_steam
Umumiy samaradorlik:η_CCGT = P_total / Q_fuel_input
Issiqlik sarfi koeffitsienti:HR = Q_in / P_net × 3600 (kJ/kWh)
Egzoz issiqligidan bug' oqimi:ṁ_steam = Q_HRSG / (h₃ - h₂)

Asosiy Konstantalar

Havoning solishtirma issiqlik sig'imi (Cp)1.005 kJ/(kg·K)
Yonish mahsulotlari Cp1.148 kJ/(kg·K)
Havo solishtirma issiqlik nisbati (k)1.4 (sovuq havo standarti)
Gaz issiqlik nisbati (k_gas)1.333
Gaz konstantasi R (havo)0.287 kJ/(kg·K)
Suv tripl nuqtasi273.16 K, 0.611 kPa
Suv kritik nuqtasi374.14°C, 22,064 kPa
Tabiiy gaz LHV50,000 kJ/kg
Dizel LHV43,000 kJ/kg
Vodorod LHV120,000 kJ/kg

Adabiyotlar

[1]
Borgnakke & Sonntag — Fundamentals of Thermodynamics, 8th Ed.
John Wiley & Sons, 2013 — Termodinamika asoslari
[2]
Щегляев А.В. — Паровые турбины
Энергоатомиздат, 1993 — Bug'li turbinalar
[3]
Цанев С.В. — Газотурбинные и парогазовые установки
МЭИ, 2002 — Gaz turbina va kombinatsiyalangan qurilmalar
[4]
IAPWS-IF97 — Industrial Formulation for Water/Steam Properties
The International Association for the Properties of Water and Steam, 1997
[5]
Мальханов В.П. — Паровые и газовые турбины
Машиностроение, 1984
[6]
Yunus Çengel & Michael Boles — Thermodynamics: Engineering Approach, 9th Ed.
McGraw-Hill, 2019