工程热力学蒸汽动力循环

第10章蒸汽动力装置循环一、选择题在蒸汽动力循环中，为达到提高循环热效率的目的，可采用回热技术来提高工质的（）[宁波大学2008研]A．循环最高温度B．循环最低温度C．平均吸热温度D．平均放热温度【答案】C【解析】在蒸汽动力循环中，采用回热技术可以提高工质的平均吸热温度，从而达到提高循环热效率的目的。

二、判断题1．回热循环的热效率比郎肯循环高，但比功比朗肯循环低。

（）[天津大学2004研] 【答案】对2．抽气回热循环由于提高了效率，所以单位质量的水蒸气做功能力增加。

（）[同济大学2006研]【答案】错【解析】抽气回热循环中部分未完全膨胀的蒸汽从汽轮机中抽出，去加热低温冷却水，这样就使得相同的工质情况下，抽气回热循环做功小于普通朗肯循环，因而单位质量的水蒸气做功能力降低。

3．实际蒸汽动力装置与燃气轮装置，采用回热后平均吸热温度与热效率均提高。

（）[湖南大学2007研]【答案】对【解析】对实际的蒸汽的动力装置于燃气轮机装置来说，采用回热后，平均吸热温度升高，于是热效率也得到提高。

三、简答题1．朗肯循环采用回热的基本原理是什么？[天津大学2004研]解：基本原理是提高卡诺循环的平均吸热温度来提高热效率。

2．画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的T-s图，用各点的状态参数写出：（1）朗肯循环的吸热量、放热量、汽轮机所做的功及循环热效率。

（2）制冷循环的制冷量、压缩机耗功及制冷系数。

[西安交通大学2004研]解：画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的T-s图如图10-1所示。

郎肯循环蒸汽压缩制冷循环图10-1（1）参考T-s图，可以得到：朗肯循环的吸热过程为4→1的定压加热过程，吸热量：；郎肯循环的放热过程为2→3的过程，在冷凝器中进行，放热量：；汽轮机中，做功过程为绝热膨胀过程1→2，做工量：；在水泵中被绝热压缩，接受功量为，相对于汽轮机做功来说很小，故有热效率：（2）参考上面的T-s图，可以得到：蒸汽压缩制冷循环的吸热量为：；压缩机耗功为：；制冷系数为：。

工程热力学热力循环的自动控制与优化工程热力学是研究能量转换和能量传递的一门学科，通过热力循环的优化和自动控制，能够提高能源利用效率，实现能源的可持续发展。

本文将探讨工程热力学热力循环的自动控制与优化，并介绍一些常用的方法和技术。

一、热力循环的基本原理热力循环是指能量在系统中的流动过程，根据热力学第一定律和第二定律，热力循环可以实现能量的转化和传递。

在工程中，常用的热力循环包括蒸汽动力循环、气体轮机循环和制冷循环等。

二、热力循环的自动控制热力循环的自动控制是指利用控制系统对热力循环进行监测和调节，以实现系统的稳定运行和效率的优化。

自动控制系统包括传感器、执行器和控制器等组成。

1. 传感器：传感器用于感知热力循环中各个参数的变化，例如温度、压力和流量等。

常用的传感器包括温度传感器、压力传感器和流量传感器等。

2. 执行器：执行器用于根据控制信号对热力循环进行调节，例如调节阀和控制阀等。

执行器可以根据控制器的输出信号，改变热力循环中的流体流量、温度或压力等。

3. 控制器：控制器是自动控制系统的核心部件，它负责接收传感器的输入信号，并根据设定的控制策略输出控制信号。

常用的控制器包括PID控制器和模糊控制器等。

三、热力循环的优化热力循环的优化是指通过调整循环参数和运行策略，使得热力循环的效率最大化，能源的利用最优化。

常用的热力循环优化方法包括热力循环的热力分析和性能曲线优化等。

1. 热力分析：热力分析是通过建立热力循环的数学模型，分析循环中各个组件的热力性能，从而确定优化的方向和方法。

热力分析可以通过计算机模拟和实验验证来进行。

2. 性能曲线优化：性能曲线是热力循环的性能指标随着操作变量的变化而变化的曲线。

通过对性能曲线的优化，可以找到使热力循环效率最大化的操作变量。

常用的优化方法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。

四、自动控制与优化的应用案例工程热力学的自动控制与优化在工业、能源等领域有着广泛的应用。

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 。

第11章蒸汽动力循环一、教案设计教学目标: 使学生熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环和热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方式和途径。

知识点：朗肯循环、回热循环、再热循环和热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方式和途径重点：分析朗肯循环的分析方式，提高循环循环效率的方式和途径。

难点：回热循环、再热循环和热电循环；提装置循环效率的方式和途径。

教学方式：教学+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论☺问：自己观察过身旁的热力系统的状态转变吗？☺问：你以前明白热力系统的状态转变往往伴随着系统与外界间能量的互换吗？☺问：你明白温度计什么原理吗？温度计测温的理论依据你试探过吗？☺问：用过压力计吗？氧气瓶上压力表读数是瓶中的真实压力吗？☺问：能举出几个具体的强气宇、广延量？热力进程、热力循环？☺问：爆炸进程能以为是准静态进程吗？☺问：你能说出进程量与状态量的区别吗？请具体举例。

☺问：你碰到的哪些现象属于不可逆现象？学时分派：4学时+2讨论二、大体知识热机：将热能转换为机械能的设备叫做热力原动机。

热机的工作循环称为动力循环。

动力循环：可分蒸汽动力循环和气动力循环两大类。

第一节 蒸汽动力大体循环一朗肯循环朗肯循环是最简单的蒸汽动力理想循环，热力发电厂的各类较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改良而取得的。

一、装置与流程蒸汽动力装置：锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等四部份主要设备。

工作原理：p-v 、T-s 和h-s 。

朗肯循环可理想化为：两个定压进程和两个定熵进程。

3’-4-5-1水在蒸汽锅炉中定压加热变成过热水蒸气， 1-2过热水蒸气在汽轮机内定煽膨胀，2-3湿蒸气在凝汽器内定压(也定温)冷却凝结放热， 3-3’凝结水在水泵中的定情紧缩。

二、朗肯循环的能量分析及热效率 取汽轮机为控制体，成立能量方程:3121h h h h --=η三、提高朗肯循环热效率的大体途径 依据：卡诺循环热效率 1．提高平均吸热温度直接方式式提高蒸汽压力和温度。

工程热力学热力循环的热力学模型与计算方法工程热力学是研究能量转换和能量传递的学科，而热力循环是工程热力学中常见的能量转换方式。

在热力循环系统中，我们希望能够准确地评估其热力学性能，以便进行优化设计和性能分析。

本文将讨论热力循环的热力学模型和计算方法。

一、热力循环的基本原理与模型工程热力循环包括蒸汽动力循环、冷空气循环、制冷循环等多种形式，其中以蒸汽动力循环最为常见。

蒸汽动力循环是利用水蒸汽作为工质，在蒸汽锅炉中通过燃烧燃料产生高温高压蒸汽，然后通过涡轮机等能量转换装置将蒸汽的热能转化为机械能。

热力循环的基本原理是根据能量守恒和热力学第一定律建立的，可以通过一系列的热力学模型来描述。

在蒸汽动力循环中，主要涉及的热力学模型有蒸发模型、膨胀模型、压缩模型和冷凝模型。

蒸发模型用于描述蒸汽锅炉中的燃烧过程，通过燃料的燃烧产生热能，将水加热为高温高压蒸汽。

膨胀模型用于描述蒸汽在涡轮机中的膨胀过程，将热能转化为机械能。

压缩模型用于描述冷却水泵等装置对蒸汽进行压缩的过程，使其能够回到蒸汽锅炉中重新加热。

冷凝模型用于描述冷凝器中蒸汽的冷凝过程，将蒸汽的热能释放到冷却水中。

二、热力循环的计算方法热力循环的计算方法主要包括热量平衡计算和功率计算。

热量平衡计算是热力循环分析的基础，用于计算系统中传递的热量。

在热力循环系统中，热量的传递主要包括燃烧热的传递、换热器的传热和冷凝器的传热。

通过计算各个部件的热量平衡，可以得到系统中的热量转移情况。

功率计算是热力循环分析的重要部分，用于评估系统的能量转换效率。

功率计算主要涉及涡轮机的热力学性能和效率计算。

在蒸汽动力循环中，可以通过燃烧热的释放和蒸汽涡轮的工作来计算系统的净功率输出。

同时，还可以根据涡轮机的输入功率和输出功率计算涡轮机的效率。

在热力循环的计算过程中，还需要考虑一些影响系统性能的因素，如压力损失、能量损失和效率损失等。

这些因素将直接影响系统的总体性能和能量利用率。

三、热力循环的优化设计热力循环的优化设计是提高系统性能和能量转换效率的关键。