第十一章蒸汽动力装置循环

第十一章蒸汽动力循环装置水蒸气是工业上最早使用来作为动力机的工质。

在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态。

因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。

此外，水和水蒸气不能燃烧，只能从外界吸收热量，所以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力装置。

由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油，甚至可燃垃圾。

§11－1简单蒸汽动力装置循环——朗肯循环1、工质为水蒸气的卡诺循环由第二定律可知，在相同温限内卡诺循环的热效率最高，而采用气体作工质的循环中，定温过程（加热及放热）难以实现，并且气体绝热线及等温线在p-v图上斜率接近，因此有w较小。

i在采用蒸汽做工质时，由于水的汽化和凝结，当压力不变时温度也不变，因而有了定温放热和定温吸热的可能。

又因为定温即是定压，其在p-v图上与绝热线斜率相差较大，因而可提高w，所以蒸汽机原则上可采用卡诺循环，如图中5－6－7－8－5所i示。

而实际的蒸汽动力装置中不采用上冻循环，其主要原因有以下几点：1）在压缩机中绝热压缩8－5过程难以实现；2）徨仅局限于饱和区，上限温度受临界温度的限制，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；3）膨胀末期，湿蒸汽干度过小，含水分甚多，不利于动力机安全。

所以，实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。

2、朗肯（Rankine）循环朗肯循环是最简单也是最基本的蒸汽动力循环，它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵4个基本的、也是主要的设备组成。

右图中为该装置的示意图。

水在锅炉中被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，凝结后的水在水泵中被压缩升压后，再回到锅炉中，完成一个循环。

为了突出主要矛盾，分析主要参数对循环的影响，与前述循环一样，首先对实际循环进行简化和理想化，略去摩阻及温差传热等不可逆因素，理想化后的循环由右图(a )所示的热力过程组成，对应的T-s 图如图(b )所示。

考试科目名称:871工程热力学《工程热力学》考试大纲工程热力学课程是热能与动力工程、建筑环境与设备专业的一门重要技术基础课，它的教学目的与任务是：让学生学习关于能量守恒与转换的理论基础，使学生牢固地掌握工程热力学的基本理论、基本知识和相应的热工分析、计算能力，并进一步得到基本技能的训练。

为学习专业课提供充分的理论准备，也为学生以后解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。

其考试大纲内容如下：一、第一章基本概念要求熟练掌握：系统，平衡状态和状态参数，温度温标，压力，状态方程，准静态过程和可逆过程，循环，功和热量；透彻理解以下的基本概念：热力系统，热力学状态、平衡状态、准静态过程、可逆过程和不可逆过程、功与热量。

二、第二章热力学第一定律要求熟练掌握热力学第一定律基本表达式——基本能量方程，总能，热力学能，焓，膨胀功，技术功，热力学第一定律的第一解析式和稳定流动能量方程式及其应用，循环功之间及循环净功与循环净热量之间关系，循环热效率概念与计算公式；透彻理解以下概念：热力学第一定律的实质—能量守衡与转换定律在热现象中的应用，能量方程的内在联系与共性，热变功的实质。

会进行功和热量的计算，以及功和热量在p-v图和T-s图上的表示。

三、第三章气体和蒸汽的性质要求熟练掌握理想气体和实际气体的概念、理想气体状态方程、理想气体的比热容和热力学能、焓、熵的定义、计算；水蒸气的性质：水蒸气的饱和状态、饱和温度、饱和压力、饱和湿蒸汽、干度、三相点，水蒸气状态的确定。

四、第四章气体和蒸汽的基本热力过程要求熟练掌握理想气体的基本热力过程：定温、定压、定容、定熵和多变过程的过程方程、参数变化和过程中功及热量的计算及其p-v图和T-s图。

水的定压加热汽化过程及其在p-v图和T-s上的表示；会计算水蒸气定压过程的热量，水蒸气绝热过程的功。

五、第五章热力学第二定律熟练掌握热过程的方向性、热力学第二定律的表述；卡诺循环和卡诺定理、克劳修斯积分不等式、熵流和熵产、熵方程、孤立系统的熵增原理；作功能力、作功能力损失与熵产和火用平衡方程。

第一章基本概念与定义1．答：不一定。

稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。

工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。

但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。

稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。

平衡状态并非稳定状态之必要条件。

物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。

平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。

当地大气压不一定是环境大气压。

环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。

5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。

6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。

由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。

7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。

8．答：（1）第一种情况如图1-1（a ）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b ）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v 图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v 图上表示出来。

9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。

系统和外界整个系统不能恢复原来状态。

10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。

11．答：不一定。

主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。

第二章 热力学第一定理1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空 气的热力学能不变。

第十一章蒸汽动力一、是非题1．在目前的技术条件下，水蒸气卡诺循环是难以实现的。

（）2．在目前的技术条件下，即使实现了水蒸气卡诺循环，其热效率也是不高的。

（）3．热效率随着蒸汽初压的提高而增加，因此，设计时总是选择装置所能承受的最大压力。

（）4．热效率随着蒸汽初温的提高而增加，因此，设计时总是选择金属材料所能承受的最大温度。

（）5．汽轮机的背压总是高于冷却水温度所对应的饱和压力。

（）6．从热电循环的经济性角度考虑，应尽可能提高热电循环的能量利用系数。

（）7．蒸汽动力循环在采用高的初参数和再热、回热等措施以后，热效率距相同温度范围的卡诺循环热效率尚有相当大的距离。

主要是因为平均吸热温度比金属容许温度还低得较多。

（）二、思考题1．蒸汽中间再过热的主要作用是什么？是否任何条件下再过热都有好处？为什么？2．蒸汽动力循环的热效率不高，其冷源损失很大，若取消冷凝器而代以压缩机将湿蒸汽压回锅炉其结果将如何？3．回热是什么意思？为什么回热能提高循环的热效率？4．假如保持给水温度不变，回热抽汽的压力是高些好是低些好（只讨论一级回热）？5．总结一下，蒸汽动力循环是根据哪些原则并利用了哪些方法提高热效率的。

6．循环的热效率t与整个装置的效率是一回事吗？它们有什么区别和联系。

7．在织造厂、造纸厂以及制药厂等较集中的地区兴建发电厂时，选用哪种蒸汽循环比较合适？三、习题11-1 某朗肯循环的蒸汽参数为：t1=500°C，p2=0.004MPa试计算p1分别为3,6,12MPa时的：（1）水泵所消耗的功量及进出口水温差；（2）汽轮机作功量及循环功比；（3）汽轮机出口汽干度；（4）循环热效率；（5）分析以上结果可以说明什么问题。

11-2 朗肯循环中，蒸汽参数为：p1=3.5MPa,t1=435°C。

试计算背压p2分别为0.004MPa, 0.01MPa, 0.1MPa时的循环热效率。

11-3 某热电厂中，装有按朗肯循环工作的功率为1.2万千瓦的背压式汽轮机，蒸汽参数为p1=3.5MPa、t1=435°C，p2=0.6MPa。

11第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环11-1 试根据水蒸气的h -s 图，求出下述已知条件下的各状态的其它状态参数p 、v 、t 、h 、s 及x (或过热蒸汽的过热度D ＝t －t s )。

已知：(1) p ＝0.5 MPa 、t ＝500 ℃；(2) p ＝0.3 MPa 、h ＝2 550 kJ/kg ；(3) t ＝180 ℃、s ＝6.0 kJ/(kg ·K)；(4) p ＝0.01 MPa 、x ＝0.90；(5) t ＝400 ℃、D ＝150 ℃。

解 查h -s 图得（１）h =3500 kJ/kg ，s =8.08 kJ/(kg ·k)，0.72 m =v 3/kg, =D 448℃； （２）s =6.54 kJ/(kg ·k)，x =0.921，t =134 ℃，57.0=v m 3/kg ； （３）h =2520 kJ/kg, x =0.865，=v 0.168 m 3/kg ；（４）h =253 4 kJ/kg ，s =7.4 kJ/(kg ·k)，t =46℃；（５）h =320 0 kJ/kg ，s =6.68 kJ/(kg ·k)，x =1，p =4Mpa 。

-2 根据水蒸气表，说明下述已知条件下的各状态的其它状态参数t 、v 、h 及s 。

已知： (1) p ＝0.3 MPa 、t ＝300 ℃；(2) p ＝0.5 MPa 、t ＝155 ℃； (3) p ＝0.3 MPa 、x ＝0.92。

解 查水蒸汽表得 （1）kg m 16081.03=v ,kg kJ 2.4299=h ,K kg kJ 8540.6⋅=s ； （2）kg m 525093001.03=v ,kg kJ 525.656=h ,K kg kJ 5886.1⋅=s ;（3）t s =133.54 ℃，v ′ =0.001 073 5 m 3/kg ，，/kg m 86605.03=′′′vkJ/kg 5.2725,kJ/kg 4.561=′′=′h hK)kJ/(kg 993.6K),kJ/(kg 6717.1s ⋅=′′⋅=′s 。

工程热力学（山东联盟-青岛科技大学）知到章节测试答案智慧树2023年最新第一章测试1.和外界没有任何相互作用的物体不能视作热力系。

参考答案:错2.所有的状态参数都可以用特定的仪表测出其大小。

参考答案:错3.准平衡过程的中间点不能用状态参数描述。

参考答案:错4.真空度和表压力都是压力测量仪表测得的压力数据，两者没有任何区别。

参考答案:错5.气体的比热力学能与温度之间的函数关系是一种状态方程。

参考答案:错6.作为工质应具有良好的和。

参考答案:膨胀性 / 流动性7.系统内部各处的压力、温度都相同，则工质处于状态。

平衡8.强度量与系统的质量，可加性。

参考答案:无关 / 不具有9.绝对压力p, 真空pv，环境压力pa间的关系为（）参考答案:pa-pv-p=010.工质经过一个循环，又回到初态，其熵。

参考答案:不变第二章测试1.由于Q和W都是过程量，故其差值（Q-W）也是过程量。

错2.流动功的大小仅取决于系统进出口的状态，而与经历的过程无关。

参考答案:对3.工质稳定流动开口系统的技术功一定大于容积功。

参考答案:错4.公式只适用于可逆过程。

参考答案:对5.稳定流动中外界得到的功等于工质的容积功。

错6.的适用范围是参考答案:任意工质，任意过程7.工质热力学能中的是比体积的函数。

参考答案:内位能8.在p-v图上，一个比体积减小的理想气体可逆过程线下的面积表示该过程中系统。

参考答案:消耗的外界功9.一稳定流动开口系，在流动过程中从外界吸收热量20kJ，同时对外作出技术功15kJ，该系统焓的变化量为。

参考答案:5kJ10.工质经历某一循环后，从外界吸收热量2000kJ，则工质对外作出的功为。

参考答案:2000kJ第三章测试1.比定容热容是体积保持不变时的比热容。

参考答案:错2.某理想气体经历了一个热力学能不变的热力过程，则该过程中工质的焓也不变。

参考答案:对3.迈耶公式适用于所有气体。

参考答案:错4.空气和水蒸气的定压热容都是定容热容的1.4倍。