【열역학】 10강. 증기동력 및 복합동력 사이클

10강. 증기동력 및 복합동력 사이클

 

추천글 : 【열역학】 열역학 목차

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1. 카르노 증기사이클 [본문]

2. 랭킨 사이클 [본문]

3. 실제 증기사이클과 이상 증기사이클의 차이 [본문]

4. 랭킨 사이클의 열효율 증가방법 [본문]

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1. 카르노 증기사이클 [목차]

⑴ 작동유체는 보일러에서 가역적이며 등온적으로 가열되고, 터빈에서 등엔트로피적으로 팽창되며, 응축기에서 가역적이며 등온적으로 응축됨, 그리고 압축기에 의하여 등엔트로피적으로 압축되어 초기상태로 되돌아감

⑵ 비현실적 요소 

① 등온과정을 2상계로 제한하면 최대 온도 제한으로 출력일↓, 단상의 등온과정의 경우 오래 걸림

② 포화증기를 등엔트로피 팽창하면 건도↑ → 터빈의 마모의 원인

③ 희망하는 건도를 갖게 하는 건 어렵고 2상 압축기도 비현실적

④ 임계점 이상의 온도·압력을 포함하면 문제가 해결되지만 등온적 열전달 등이 어려움

 

 

2. 랭킨 사이클(Rankine cycle) : 증기원동소의 이상 사이클 [목차]

 

Figure. 1. 랭킨 사이클

 

⑴ 어떠한 내부적 비가역성을 포함하지 않으며 다음의 네 가지로 구성됨

① 1-2 : 펌프에서의 등엔트로피 압축

② 2-3 : 보일러에서의 정압가열

③ 3-4 : 터빈에서의 등엔트로피 팽창

④ 4-1 : 응축기에서의 정압방열

⑤ (참고) 브레이턴 사이클도 2개의 정압과정과 2개의 등엔트로피 과정으로 구성됨

⑵ 건식 냉각(dry cooling) : 물이 귀한 지역에서는 응축을 물이 아닌 공기로 함

⑶ 에너지 해석

① 펌프

 

 

② 보일러

 

 

③ 터빈

 

 

④ 응축기 

 

 

⑤ 효율

○ 수식화 

 

 

○ (참고) 보일러 압력과 온도가 일정할 때 복수기 압력이 낮아질수록 효율이 증가 (∵ q_out이 낮아지므로)

 

 

3. 실제증기사이클과 이상증기사이클의 차이 [목차]

⑴ 비가역성 1. 유체 마찰

① pressure drop in the boiler

② pressure drop in the condenser

③ irreversibility in the pump, turbine

⑵ 비가역성 2. 열전달

⑶ 펌프는 보다 큰 압력일, 터빈은 보다 작은 출력일

 

 

4. 랭킨 사이클의 열효율 증가방법 [목차]

⑴ 응축기 압력 낮추기 (T_{low, avg} ↓)

 

Figure. 2. 응축기 압력 낮추기

 

① 장점 : w_net을 증가시킴

② 단점 : 터빈의 부식 문제, 응축기 내부로의 공기 누설 문제

⑵ 증기를 고온으로 과열하기(T_{high, avg} ↑)

 

Figure. 3. 증기를 고온으로 과열하기

 

① 장점 : w_net을 증가시킴, 건도를 증가시킴(부식 위험↓)

② 단점 : 금속재료학적인 한계

⑶ 보일러 압력을 증가시키기(T_{high, avg} ↑)

 

Figure. 4. 보일러 압력을 증가시키기

 

① 단점 : 건도를 낮춤 (실제로는 3' → 3으로 reheating함)

 

입력 : 2019.04.23 00:45