재생 랭킨 사이클의 증기 상태와 열효율 계산 방식에 대한 질문 (Thermodynamics, Rankine cycle, Regeneration cycle, Superheated steam, T-s diagram, Enthalpy calculation)

질문 요약

재생 랭킨 사이클 문제에서 터빈에서 나오는 증기가 1.2Mpa 압력에 있다면, 증기가 건포화 상태여야 하지 않나요? 그리고 y를 구할 때 에너지 평형식을 사용할 때 왜 2-3 구간의 가열량은 제외하고 엔탈피만을 계산하셨나요? 열효율 계산 시에도 2-3 구간의 가열량을 포함하지 않는 이유가 궁금합니다. (질문에 사용한 이미지: https://lh3.googleusercontent.com/d/1ku239Q0MXBp7JLv8QhUBtU2jum5BS0p3, https://lh3.googleusercontent.com/d/1T86gELiqQNgaio8s4_N81lch8te2E0H4)

답변 요약

Q1. 터빈에서 나오는 증기가 1.2Mpa 압력일 때, 건포화증기선에 있는지 여부는 단순히 'steam'이라는 단서만으로 결정하기 어렵습니다. T-s 선도를 참고하여 과열증기로 간주하는 것이 더 적절합니다. Q2. y를 구할 때 에너지 평형식에서는 2, 3, 6번에서의 엔탈피만을 사용하여 충분합니다. 이는 과정의 결과값으로 엔탈피가 이용되기 때문입니다. Q3. 열효율 계산 시에도 2번과 같은 이유로 2-3 구간의 가열량을 포함하지 않습니다. 열역학과 사이클 문제를 풀 때는 많은 연습이 필요합니다.

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재생 랭킨 사이클의 증기 상태와 열효율 계산 방식 이해하기

재생 랭킨 사이클은 발전소의 효율을 높이기 위해 설계된 열역학 사이클로, 가열 및 재열 과정을 통해 폐열을 줄이고 순환 효율을 높이는 시스템입니다. 이러한 사이클에서 증기의 상태와 열효율 계산 방식은 매우 중요합니다. 이 블로그에서는 재생 랭킨 사이클의 증기 상태와 열효율 계산에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

이미지 출처: Google Drive

터빈에서 나오는 증기의 상태

질문에서 언급된 바와 같이, 터빈에서 나오는 증기의 압력이 1.2 Mpa일 때 건포화 상태인지 여부는 단순히 'steam'이라는 표현으로는 명확하지 않습니다. 증기의 상태는 온도와 압력 조건에 따라 달라지며, 이를 T-s 선도(온도-엔트로피 선도)를 통해 확인할 수 있습니다.

• 건포화 증기는 증기의 가장 기본적인 상태로, 온도와 압력이 특정 조건에서 포화 상태에 도달했을 때 존재합니다.
• 과열 증기는 포화 상태를 넘어 더 많은 열에너지를 가한 상태로, 더 높은 온도에서 존재합니다.

따라서, 터빈에서 나오는 증기가 1.2 Mpa의 압력일 때 과열 증기로 간주하는 것이 일반적입니다. 이는 T-s 선도를 통해 증기의 상태를 확인함으로써 명확하게 판단할 수 있습니다.

에너지 평형식을 통한 y 값의 계산

재생 랭킨 사이클에서 y 값(추가적인 증기 분할 비율)을 계산할 때 에너지 평형식을 사용합니다. 이때 2-3 구간의 가열량을 제외하고 엔탈피 값만을 사용하는 이유는 무엇일까요? 이는 다음과 같은 과정에서 설명할 수 있습니다.

1. 에너지 평형식은 주로 사이클의 각 단계에서의 엔탈피 차이를 이용하여 시스템의 성능을 분석합니다.
2. 사이클 내에서 특정 구간(예: 2-3 구간)에서의 가열량은 전체 사이클의 에너지 흐름에 영향을 미치지 않는 경우가 있습니다.
3. 따라서, 재생 랭킨 사이클에서는 엔탈피 변화를 통해 전체 시스템의 효율성을 계산하는 것이 중요합니다.

엔탈피는 열역학적 상태 함수를 의미하며, 시스템의 에너지를 직접적으로 나타낼 수 있는 중요한 지표입니다. 에너지 평형식에서 엔탈피만을 사용하여 y 값을 계산하는 것은 이러한 이유 때문입니다.

열효율 계산에서 2-3 구간이 제외되는 이유

열효율을 계산할 때 2-3 구간의 가열량이 포함되지 않는 이유는 무엇일까요? 이는 주로 다음과 같은 이유 때문입니다:

• 열효율은 주로 순환 시스템이 외부로부터 취한 열에너지와 유용하게 사용된 일의 비율로 정의됩니다.
• 2-3 구간의 가열량은 주로 내부 엔탈피의 변화로 나타나며, 외부 열원으로부터의 직접적인 열 공급과는 관련이 없습니다.
• 따라서, 열효율 계산 시에는 외부로부터의 열 에너지와 시스템의 유용한 일 변환량만을 고려하여 계산합니다.

결론적으로, 열역학 및 사이클 문제를 해결할 때는 각 구간의 열역학적 성질과 시스템의 전체적인 에너지 흐름을 철저히 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 이해를 바탕으로 재생 랭킨 사이클의 증기 상태와 열효율을 정확하게 계산할 수 있습니다.

이와 같은 열역학 주제에 대한 이해는 많은 연습과 이론적 지식의 결합을 요구합니다. 따라서, 랭킨 사이클과 같은 복잡한 시스템을 다룰 때는 각 단계의 열역학적 성질을 면밀히 분석하는 것이 중요합니다.

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