Transcript Κύ κλο Brayton - Σύνδύασμέ νο Κύ κλο

Κύκλο Brayton - Σύνδύασμένο Κύκλο
1. Ένας αεριοστρόβιλος λειτουργεί με βάση το κύκλο Brayton. Ο συμπιεστής δέχεται αέρα με 1 atm και 21 οC. Τα
καυσαέρια εισέρχονται στο στρόβιλο με πίεση 4 atm και θερμοκρασία 537 οC. Να βρεθεί ο θερμοδυναμικός
συντελεστής απόδοσης για:
α) ιδανικό κύκλο Brayton,
β) πραγματικό κύκλο Brayton με συμπιεστή και στρόβιλο ισεντροπικού βαθμού απόδοσης 75% και 85%,
αντίστοιχα, και
γ) το α) και β) με χρήση αναγεννητή αποδοτικότητας 80%.
Να θεωρηθεί:
 cp,a=1.007 kJ/kgK και k=1.4.
2. Σε ένα συνδυασμένο κύκλο αεριοστρόβιλου-ατμοστρόβιλου με συμπληρωματική καύση, τα καυσαέρια από το
ανοικτό κύκλο αεριοστρόβιλου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ατμού στο κύκλο ατμού. Ο λόγος πιέσεων
είναι 7.5, η θερμοκρασία εισόδου αέρα είναι 15 οC και η μέγιστη θερμοκρασία του κύκλου είναι 750 οC.
Η συμπληρωματική καύση αυξάνει τη θερμοκρασία του καυσαερίου στους 750 οC, το δε καυσαέριο εξέρχεται
από το λέβητα στους 100 οC. Ο ατμός εισέρχεται στον ατμοστρόβιλο σε πίεση 50 bar και θερμοκρασία 600 οC. Η
πίεση του συμπυκνωτή είναι 0.1 bar. Η συνολική παραγόμενη ισχύς της εγκατάστασης είναι 200 MW. Η
θερμογόνος δύναμη του καυσίμου είναι 43.3 ΜJ/kg.
Θεωρώντας την παροχή του ρευστού στο κύκλο αερίου σταθερή και ίση με την παροχή του αέρα, να
υπολογιστούν:
α) οι απαιτούμενες παροχές αέρα και ατμού,
β) η καθαρή ισχύς του αεριοστρόβιλου και του ατμοστρόβιλου,
γ) η θερμική απόδοση του συνδυασμένου κύκλου,
δ) ο λόγος καυσίμου.
Το έργο της αντλίας να αμεληθεί. Δίνονται:
 cp,g=1.11 kJ/kgK και k=1.33 για τα καυσαέρια και
 cp,a=1.005 kJ/kgK και k=1.4 για τον αέρα.
3. Ένα συνδυασμένο κύκλο λειτουργεί σύμφωνα με τα παρακάτω δεδομένα:
κατάσταση αέρα στην είσοδο συμπιεστή
λόγος πιέσεων συμπιεστή
μέγιστη θερμοκρασία καυσαερίου στην είσοδο του αεριοστρόβιλου
πτώση πίεσης στο θάλαμο καύσης
ισεντροπικός βαθμός απόδοσης συμπιεστή
ισεντροπικός βαθμός απόδοσης αεριοστρόβιλου
θερμογόνος δύναμη καυσίμου οκτανίου C8Η18
θερμοχωρητικότητα αέρα cp,a
θερμοχωρητικότητα καυσαερίου cp,g
λόγος θερμοχωρητικοτήτων αέρα ka
λόγος θερμοχωρητικοτήτων καυσαερίου kg
κατάσταση ατμού στην είσοδο του ατμοστρόβιλου
πίεση λειτουργίας συμπυκνωτή
θερμοκρασιακή διαφορά καυσαερίων-κορεσμένου υγρού (pinch point)
πτώση πίεσης καυσαερίου στην ατμογεννήτρια ανάκτησης θερμότητας (HRSG)
ισεντροπικός βαθμός απόδοσης ατμοστρόβιλου
παροχή μάζας ατμού
Να υπολογιστεί:
α) η συνολική καθαρή ισχύς και
β) ο συνολικός βαθμός απόδοσης του συνδυασμένου κύκλου.
1 bar, 25 οC
8
900 οC
3%
0.88
0.88
44.43 ΜJ/kg
1.006 kJ/kgK
1.148 kJ/kgK
1.4
1.333
40 bar, 425 οC
0.04 bar
30 οC
5 kPa
0.82
29.235 kg/s
4. Σε ιδανικό κύκλο Brayton η ελάχιστη και μέγιστη θερμοκρασία είναι 27 οC και 1127 οC, αντίστοιχα. Να βρεθεί:
α) ο απαιτούμενος λόγος πιέσεων που παράγει καθαρό έργο 1400 kJ/kg όταν το κύκλο λειτουργεί με ρευστό
i) ήλιο και ii) αέρα, και
β) ο βέλτιστος λόγος πιέσεων για τα δύο αέρια.
Δίνονται:
 cp,h=5.20 kJ/kgK και k=1.67 για το ήλιο και
 cp,a=1.005 kJ/kgK και k=1.4 για τον αέρα.