كفاءة التوربينات المتساوية: 9 حقائق مثيرة للاهتمام يجب معرفتها


قبل مناقشة كفاءة التوربين المتساوية ، يجب أن نفهم معنى "متساوي الأضلاع". مصطلح isentropic يعني "الانتروبيا الثابتة".

كفاءة التوربين ، بكلمات بسيطة ، هي الإخراج مقسومًا على المدخلات. تشير الكفاءة المتساوية إلى الكفاءة التي تحققت في الظروف المتساوية. ومع ذلك ، يصعب تحقيق الظروف المتساوية ، لذا فإن الكفاءة المتساوية هي أقصى كفاءة يمكن تحقيقها للتوربين في ظروف درجة حرارة وضغط معينة. تتناول هذه المقالة الكفاءة المتساوية لـ التوربينات بالتفصيل.

تعريف كفاءة التوربينات المتساوية

كما تمت مناقشته سابقًا ، الكفاءة المتساوية هي الكفاءة التي يحققها التوربين في الظروف المتجانسة (الانتروبيا لا تتغير). يصعب تحقيق الظروف المتساوية ، وبالتالي فإن الكفاءة المتجانسة هي أقصى كفاءة ممكنة يمكن أن يحققها التوربين في ظروف ضغط ودرجة حرارة معينة.

بسبب اللارجعة وخسائر الاحتكاك ، ينتج التوربين ناتجًا أقل قليلاً من القيمة النظرية. ومن ثم ، يتم حساب الكفاءة الفعلية. يوضح الشكل أدناه منحنى متساوي الاتجاه ومنحنى فعلي لتوربين نموذجي يعمل في دورة برايتون.

كيف تحسب الكفاءة المتساوية للتوربين؟

يتم حساب الكفاءة المتساوية للتوربين باستخدام قيم المحتوى الحراري للمدخل والمخرج والمحتوى الحراري المثالي لمدخل التوربين.

رياضيا يمكن إيجاد الكفاءة المتجانسة باستخدام الصيغة المعطى أدناه-

أين،

ح يمثل المحتوى الحراري المحدد

مثال على التوربينات ذات الكفاءة المتساوية

ضع في اعتبارك التوسع المتساوي للهيليوم في التوربينات الغازية. يستقبل التوربين الغاز عند ضغط مرتفع (النقطة 3) 6.7 ميجا باسكال مع درجة حرارة 1190 كلفن ويخرج الغاز عند ضغط منخفض 2.78 ميجا باسكال (كما هو موضح في النقطة 4) درجة حرارة الغاز عند خروج التوربينات 839 كلفن.

احسب: العمل الفعلي الذي تقوم به التوربينات أثناء هذه العملية عندما تكون الكفاءة المتساوية للتوربين 91٪.

كفاءة التوربين متساوية الانحدار
الصورة: التوسع المتساوي (عملية 3-4)

يمكن حساب العمل الذي أنجزه التوربين باتباع المعادلة-

بالنسبة للغاز أحادي الذرة ، قيم الحرارة النوعية المولية هي-

تحويل وحدات Cp التي نحصل عليها ،

العمل المنجز هو إذن ،

5200 × (1190-839) = 1.825 ميجا جول / كجم

العمل الحقيقي المنجز هو ،

هل أعلى كفاءة متوازنة أفضل؟

الكفاءة تعني الناتج الصافي الذي يتم تسليمه باستخدام قدر معين من المدخلات. إذا كان الناتج أكثر من ذلك ، فإن الكفاءة المحققة تكون أيضًا أكثر.

تعني الكفاءة المتوازنة العالية تحقيق إنتاج أعلى. من المرغوب فيه دائمًا أن ينتج التوربين مزيدًا من العمل أو الإنتاج. ومن ثم ، فمن الأفضل عندما تكون الكفاءة المتباينة أعلى. أيضًا ، مع زيادة الكفاءة المتساوية للتوربين ، تقل درجة عدم الانعكاس في التوربين مما يزيد بشكل مباشر من ناتج العمل المطلوب.

هل التوربين ثابت الحرارة؟

Adiabatic يعني لا نقل الحرارة أي تشين - Qout هو صفر.

التوربينات هي أجهزة ثابتة الحرارة. أثناء تصميم التوربينات ، يمكن مراعاة النقاط التالية:

  • التوربينات ثابت الحرارة وقابل للعكس.
  • الطاقات الحركية والمحتملة لا تذكر.
  • يتم عمل رمح فقط.
  • يتم تغيير المحتوى الحراري ومن ثم فهي ليست عملية متوازنة.

فوق النقاط عند كتابتها رياضيًا ، يمكن إدخال معادلة خاصة تسمى معادلة طاقة الحالة المستقرة (SFEE).

يمكن كتابة SFEE كـ-

ما هي الفوهة؟

تعمل الفوهات على زيادة الطاقة الحركية للسوائل على امتداد طاقة الضغط. الفوهات لها تطبيقاتها في كل من التدفقات دون سرعة الصوت والأسرع من الصوت.

تستخدم الفوهات في أنابيب الخراطيم لزيادة سرعة تدفق المياه ، كما تستخدم في محركات الصواريخ لإنتاج قوة دفع عالية ، وتستخدم في توربين بيلتون لزيادة سرعة تدفق المياه التي تضرب العداء.

الصورة: فوهة من صاروخ آريان 5

صورة ائتمانات: RaketendüseCC BY-SA 3.0

أنواع الفوهات

فوهة تتبع معادلة الاستمرارية. يتم تصنيف الفوهات على أساس السرعة المطلوبة للسائل ورقم الماك لسائل العمل.

وفقًا لعدد الماك والسرعة المرغوبة ، يمكن تصنيف الفتحات على أنها-

  • فوهة متقاربة - لها مساحة أكبر عند الدخول ومنطقة أصغر عند المخرج. تندفع جزيئات السائل عبر المخرج بسرعة أعلى للحفاظ على استمرارية التدفق.
  • فوهة متباعدة- لها مساحة أصغر عند المدخل ومساحة أكبر عند المخرج. تخرج جزيئات السائل بسرعة أقل.
  • فوهة متقاربة- متباينة- هذا النوع من الفوهات هو خليط من كل من الفوهات المتقاربة والمتباعدة. تستخدم هذه الفوهات للتدفق الأسرع من الصوت في السوائل القابلة للانضغاط. دائمًا ما يكون عدد الماك أكبر من 1 أثناء استخدام هذه الفوهة.

SFEE للفوهة

هناك بعض الافتراضات التي يتم اتباعها أثناء كتابة SFEE للفوهة. تعتمد هذه الافتراضات على تطبيق الجهاز ، وقد لا تكون هذه الافتراضات هي نفسها أثناء كتابة SFEE للتوربين.

الافتراضات لكتابة SFEE للفوهة هي-

  • جدران الفوهة ثابتة الحرارة.
  • لا يوجد تفاعل في العمل.
  • فرق طاقة كامنة ضئيل.
  • الطاقة الحركية المدخلة لا تذكر مقارنة بالطاقة الحركية للمخرج.


باتباع الافتراضات المذكورة أعلاه ، يمكن كتابة SFEE للفوهة كـ-

أجزاء من الفوهة المتباعدة المتقاربة

يتم استخدام فوهة متباعدة متقاربة عندما يكون عدد الماك لتدفق السوائل أكبر من 1. تحتوي فوهة C / D على ثلاث مناطق رئيسية. كل منطقة لها خصائص التدفق الخاصة بها.

المناطق الرئيسية الثلاث لفوهة C / D هي-

  • مدخل- يدخل السائل بسرعة أقل من خلال المدخل.
  • حلق- سرعة السائل تساوي السرعة المحلية للصوت أي عدد ماخ يساوي 1. الضغط في هذه المنطقة يسمى الضغط الحرج والسرعة تسمى السرعة الحرجة.
  • خروج- يخرج السائل عبر هذه المنطقة.

الكفاءة المتساوية للفوهة

تعمل الفوهات على زيادة الطاقة الحركية للسوائل على امتداد طاقة الضغط. تستخدم الفوهات في التدفقات دون سرعة الصوت والصوت وكذلك الأسرع من الصوت. 

تسمى نسبة الطاقة الحركية للخروج الفعلي إلى الطاقة الحركية للخروج المتساوى على أنها كفاءة متوازنة للفوهة.

يمكن كتابة الكفاءة المتساوية للفوهة على النحو التالي:

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات