Chu trình Rankine chuyển đổi nhiệt thành công như thế nào?

Chu trình Rankine chuyển đổi nhiệt thành công bằng cách sử dụng hơi nước để dẫn động tuabin, tạo điện năng từ năng lượng nhiệt hiệu quả và bền vững.

Chu trình Rankine chuyển đổi nhiệt thành công như thế nào?

Chu trình Rankine là một chu trình nhiệt động học quan trọng trong lĩnh vực nhiệt kỹ thuật, đặc biệt là trong các nhà máy điện. Chu trình này chuyển đổi nhiệt từ nguồn nhiệt độ cao thành công suất cơ học, và từ đó thành điện năng. Để hiểu rõ hơn về cách chu trình Rankine hoạt động, chúng ta hãy khám phá các giai đoạn chính trong chu trình này.

Các giai đoạn của chu trình Rankine

1. Gia nhiệt đẳng áp (Isobaric Heating): Trong giai đoạn này, nước được bơm vào lò hơi hoặc nồi hơi nơi nó được gia nhiệt đẳng áp, tức là nhiệt độ tăng nhưng áp suất không đổi. Nước sẽ chuyển sang trạng thái hơi.
2. Giãn nỡ đẳng entropy (Isentropic Expansion): Hơi nước sau khi rời lò hơi sẽ đi vào tua-bin, nơi nó giãn nỡ và sinh công. Quá trình này được xem là đẳng entropy, nghĩa là không có sự thay đổi entropy trong quá trình này. Công suất cơ học được tạo ra từ tua-bin sẽ được chuyển đổi thành điện năng bởi máy phát điện.
3. Ngưng tụ đẳng áp (Isobaric Condensation): Hơi nước sau quá trình giãn nỡ sẽ đi vào bộ phận ngưng tụ, nơi nó ngưng tụ trở lại thành nước ở áp suất không đổi. Nước này sẽ có nhiệt độ thấp hơn rất nhiều so với lúc nó rời lò hơi.
4. Nén đẳng entropy (Isentropic Compression): Nước sau khi ngưng tụ sẽ được đưa trở lại bơm để nén lên áp suất ban đầu, hoàn tất một chu trình. Giống như giai đoạn gia nhiệt, giai đoạn nén này cũng được xem là đẳng entropy.

Công thức năng lượng trong chu trình Rankine

Để tính toán hiệu suất của chu trình Rankine, chúng ta có thể sử dụng định luật thứ nhất của nhiệt động học và các công thức liên quan:

• Hiệu suất nhiệt (\(\eta\)): \(\eta = \frac{W_{t} – W_{p}}{Q_{in}}\)
• Công suất từ tua-bin \(W_{t} = h_{1} – h_{2}\)
• Công suất từ bơm \(W_{p} = h_{4} – h_{3}\)
• Nhiệt thêm vào chu trình \(Q_{in} = h_{1} – h_{4}\)

Trong đó, \(h_1, h_2, h_3, h_4\) là các giá trị entanpi tại các điểm khác nhau trong chu trình.

Ứng dụng trong thực tế

Chu trình Rankine thường được sử dụng trong các nhà máy điện, như nhà máy nhiệt điện than, nhà máy điện hạt nhân và nhiều loại nhà máy điện khác. Sự chuyển đổi nhiệt độ cao thành công suất thông qua chu trình Rankine giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tiêu hao năng lượng.

Với sự hiểu biết căn bản về chu trình Rankine, chúng ta có thể thấy được cách mà nhiệt năng được chuyển đổi một cách hiệu quả thành điện năng, đóng góp quan trọng cho ngành công nghiệp năng lượng hiện đại.