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工程热力学第9讲-第6章热力循环20101117

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工程热力学必须掌握的内容

工程热力学必须掌握的内容

Liso T0 Siso
第七章 水蒸气
一、汽化和液化
汽化：由液态到气态的过程 蒸发：在液体表面进行的汽化过程 沸腾：在液体表面及内部进行的强烈汽化过程。
(气体和液体均处在饱和状态下)
液化：由气相到液相的过程
二、饱和状态
饱和压力和饱和温度是一一对应的，两者 间存在单值关系。
从未饱和液状态达到饱和状态既可以保持压力不变 而提高温度，使p=ps(t) ；保持温度不变而使压力下 降，使t=ts(p)。
则该热机是可逆热机； 则该热机是不可逆热机； 则该热机是制造不出来的。
四、克劳修斯积分不等式
T
q
0
一切可逆循环的克劳修斯积分等于零，一切 不可逆循环的克劳修斯积分小于零，任何循 环的克劳修斯积分都不会大于零。 可以利用来判断一个循环是否能进行，是可
逆循环，还是不可逆循环。
五、闭口系统熵方程
s ds
1
2
c p ln
T2 p R ln 2 T1 p1
p2 v2 cV ln c p ln p1 v1
δq ds T R
必须可逆
第四章 理想气体 的热力过程及气体压缩
一、多变过程
1. 过程方程：
pvn const
n 称为多变指数
n 、0、1、 分别为定容、定压、定温、绝热过程
2、什么样的气体可以处理为理想气体？
任何实际气体在高温低压时，均具有理想气体 性质。
3、理想气体状态方程
pv RT pV mRT pVm R 0T pV nR0T
1 kg 理想气体 m kg 理想气体 1 mol 理想气体 n mol 理想气体
R为气体常数（单位J/kg· K），与气体所处的状态无 关，随气体的种类不同而异。 R0为通用气体常数（单位J/mol· K），与气体种类无 关、 与状态无关 、 与过程无关。

工程热力学课件完整版

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的热消失时，必产生相应量的功；消耗一定量的功时 ，必出现与之对应的一定量的热。
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。

工程热力学六动力装置循环课件

工程热力学六动力装置循环课件

VS
此外，随着环保要求的提高和清洁能 源的推广，燃气-蒸汽联合循环在垃 圾焚烧发电、生物质能利用等领域也 具有广阔的应用前景。
核能动力装置循环
核裂变反应原理
01
02
核裂变反应
链式反应
03 临界质量
核裂变反应堆工作原理
反应堆
冷却剂 安全壳
核能动力装置的应用
核电站
核潜艇
核动力航空母舰
THANKS
详细描述
斯图加特循环由德国工程师鲁道夫·斯图加特在20世纪30年代发明，通过改进进气和排气过程，减少热量损失， 提高了内燃机的热效率。
燃气轮机动力装置循环
布雷顿循环
总结词
详细描述
回流燃烧室循环
总结词
提高燃气轮机效率的循环方式。
VS
详细描述
回流燃烧室循环通过在燃烧室内形成回流， 增加燃料与空气的混合时间和燃烧程度， 从而提高燃烧效率。同时，回流还使得燃 烧室内压力升高，提高了循环热效率。
燃气-蒸汽联合循环实现了能量的梯级利用，提高了能源利用效率。同时，由于燃气轮机和蒸汽轮机分别在不同的压力和温度 下工作，因此可以充分利用各种燃料，包括低热值燃料。
燃气-蒸汽联合循环效率分析
燃气-蒸汽联合循环的应用
燃气-蒸汽联合循环广泛应用于电力、 工业、交通等领域的能源转换和利用。 在电力领域，燃气-蒸汽联合循环发 电厂具有建设周期短、投资少、运行 灵活等优点，是中小型电站和分布式 能源系统的优选方案之一。在工业领 域，燃气-蒸汽联合循环可以用于各 种工艺流程中的余热回收和能量转换。 在交通领域，燃气-蒸汽联合循环可 以用于车辆发动机的余热回收和能量 利用。
回热循环
总结词
详细描述
回热循环通过将部分做功后的蒸汽抽 出，引入回热器加热锅炉中的给水， 提高给水温度，减少锅炉中燃料消耗， 从而提高整个循环的热效率。

工程热力学：第6章 动力循环

工程热力学：第6章 动力循环

6-5 燃气轮机装置的循环
燃气轮机装置示意图
6-5 燃气轮机装置的循环
燃气轮机的定压加热循环
6-5 燃气轮机装置的循环
理论热效率
t, p
1
q2 q1
1 cp0 (T4 T1) cp0 (T3 T2 )
1 T4 T1 T3 T2
式中：
T2
T1(
p2 p1
1
)
T1
1
增压比
工程热力学
航空工程学院发动机系
第六章 气体动力循环
要点 内燃机三种典型动力循环的特点、计算
及比较 掌握混合加热循环 燃气轮机循环热力过程组成及特点、循
环热力计算
6-1 概述
➢ 实际的热循环多样、不可逆，而且很复 杂，我们可以用一些简单的、典型的、 可逆的过程来代替，形成一个封闭的理 论循环，这样就可以较方便地进行热力 学计算。
cV 0 (T5 T1)
cV 0 (T3 T2 ) cp0 (T4 T3 )
(T5 T1)
(T3 T2 ) 0 (T4 T3 )
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
12 23 34 45
T2
T1
(
v1 v2
) 0 1
T1 0 1
T3
T2
p3 p2
T1 0 1
T4
T3
v4 v3
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
实际循环： 0-1 进气过程 1-2 压缩过程 2-3-4 燃烧过程 4-5 膨胀过程 5-1 排气过程
6-2 活塞式内燃机的混合加 热循环
热力过程的理想化：
①进气过程→0-1定压线； ②压缩过程→1-2定熵压缩； ③燃烧过程→2-3定容加热＋3-4定压加热； ④膨胀过程→4-5定熵膨胀； ⑤排气过程→5-1定容冷却＋1-0定压线；

2010年工程热力学(24学时) 第六章 动力循环

2010年工程热力学(24学时) 第六章 动力循环

t 1
1
k 1 k
T3 T1
T3

太小 太大
t w净 t w净
T1
s
存在最佳 ，使 w净 最大
4. 最佳增压比
wnet c pT1 (
1 k k

k 1 k
1)
由 dwnet/ dπ=0 可得
w
net ,ma x

k 2 ( k 1 )
Tmax 和 pmax 保持不变
T
q2 相等
q2 T2 t 1 1 T1 q1
2p 2m 2v 1
3 4
q1p q1m q1v
tp tm tv
s
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
tv tm tp
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
pmax 和 q1 相同 q2 T2 t 1 1 T1 q1
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
q1 和 相同
q2 T2 t 1 1 T1 q1
T
2
3v 3
m
3p 4p
4m
4v
q2v q2m q2p
1 s
tv tm tp
平均温度法
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
tv tm tp
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
二、分析动力循环的一般步骤
1. 实际循环（复杂不可逆） 分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径 指导改善 实际循环 抽象、简化 可逆理论循环
2. 分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际 损失的部位、大小、原因及改进办法
分析循环的步骤：
1. 将实际循环抽象和简化为理想循环

工程热力学与传热学9)_气体动力循环PPT课件

工程热力学与传热学9)_气体动力循环PPT课件

1压缩 2-3：定容吸热 3-4：定压吸热
4-5：绝热膨胀
5-1：定容放热
三、柴油机理想循环及其热效率
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量
p
3
4
T
4 3
2
2
5
5
1 1
v
s
定义几个柴油机特性参数
p
3
2
压缩比 v1
反映 气缸
4
v2 容积
5
定容升压比
p3 p2
1 定压预胀比 v4
工程热力学研究方法，先对实际动力循 环进行抽象和理想化，形成各种理想循 环进行分析，最后进行修正。
§9-1 柴油机实际循环和理想循环
一、四冲程柴油机实际工作循环
进气
压缩 燃烧和膨胀
排气
温度370~400 K， 压力
0.07~0.09MPa
进气行程
排气门关闭
下止点 上止点
活塞
P
进气门开启
大气压力线 r a
下止点 上止点
活塞
Z P
c
大气压力线 r
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图
b
a V
下止点 上止点
活塞
进气门关闭 排气行程
排气门打开
Z P
残余废气
c b
大气压力线 r
V 示功图
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
温度300-370K 压力0.0785～ 0.0932MPa
第九章 气体动力循环
动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的 热量的一部分转换成对外的净功

工程热力学课件第6章热力循环

工程热力学课件第6章热力循环

QH
3
7 热 Qh
用 户
冷 凝 器 4
6
5
水泵 加热器 水泵
作业
P165：
思考题：1~4 习 题：1②、2、5
§6.5 制冷（热泵) 循环
一、引言 1、逆向卡诺循环
（1）制冷（要q2）
制冷系数： C

q2 w

q2 q1 q2

T2 T0 T2
（2）热泵（要q1）
供热系数：C

q1 w
回热循环的特点
•优点 >缺点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器
•缺点： 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性、 回热器投资大
回热级数 小型火力发电厂：1～3级 中大型火力电厂：4～8级
§6.4 热电联供循环
（1）背压式汽轮机热电联供循环
第六章 热力循环
哈尔滨第三发电厂
锅炉
蒸汽动力循环系统的简化
1 汽轮机
锅 炉
四个主要设备： 锅炉 汽轮机
发电机
凝汽器
4
2
给水泵
凝汽器
3
给水泵
§6.1 蒸汽卡诺循环
T
Tc
T1 4
T2 3
1、理论上可以实现
2、实际中无法采用
原因：
1
（1）受临界温度限制，
T1不高，故η并不高
2
（2）3-4：压缩汽水混合 物困难。
2' 2
安全。一般要求出口
s 干度大于0.85~ 0.88
2、蒸汽初温的影响
p1 , p2不变，t1
好处：
t
1 T2 T1

热力学循环的基本原理及种类分析

热力学循环的基本原理及种类分析

热力学循环的基本原理及种类分析热力学循环是热力学领域中的重要概念，它描述了能量在系统中的转化和传递过程。

热力学循环的基本原理是根据能量守恒和热力学第一定律，通过一系列的热交换和功交换过程，将热能转化为机械能或其他形式的能量。

在热力学循环中，最常见的是热机循环。

热机循环是将热能转化为机械能的过程。

其中最典型的热机循环是卡诺循环。

卡诺循环是理想化的热机循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。

在等温过程中，系统与热源接触，吸收热量；在绝热过程中，系统与外界无热交换，只进行功交换。

卡诺循环的效率是所有热机循环中最高的，它是热机效率的理论极限。

除了卡诺循环，还有一些其他常见的热机循环，如斯特林循环和布雷顿循环。

斯特林循环是一种基于气体膨胀和压缩的热机循环。

它通过气体的等温膨胀和等温压缩过程，将热能转化为机械能。

斯特林循环的特点是工作流体不发生化学反应，因此可以重复使用。

布雷顿循环是一种常见的内燃机循环，它是汽车发动机中最常用的循环之一。

布雷顿循环通过燃烧燃料和氧气产生高压高温的气体，然后通过气体膨胀和排气的过程，将热能转化为机械能。

除了热机循环，还有一些其他类型的热力学循环，如制冷循环和热泵循环。

制冷循环是将热能从低温区域转移到高温区域的过程，以实现制冷效果。

最常见的制冷循环是蒸发冷凝循环，它通过制冷剂的蒸发和冷凝过程，将热能从冷却物体吸收，并释放到环境中。

热泵循环是制冷循环的逆过程，它将热能从低温区域吸收，并通过压缩和冷凝的过程，将热能释放到高温区域。

热力学循环的种类还有很多，如焓变循环、熵变循环等。

每种循环都有其特定的工作原理和应用领域。

热力学循环的研究不仅有助于深入理解能量转化和传递的基本原理，也对能源利用和环境保护等方面具有重要意义。

总之，热力学循环是热力学领域中的重要概念，它描述了能量在系统中的转化和传递过程。

热机循环、制冷循环和热泵循环是热力学循环的常见类型。

通过研究不同类型的热力学循环，可以深入理解能量转化和传递的基本原理，为能源利用和环境保护等方面提供理论支持。

第六章 热 力 循 环ppt课件

第六章 热 力 循 环ppt课件

T
1
推导得出
1kg 6 kg 4 5 (1- )kg
7
t

1


h1

h3

h2 h3
1
h1 h7
3
2
t,RG t
简单朗肯循环：
s
t
1
h2 h3 h1 h3
物理意义： kg工质100%利用 1- kg工质效率未变
1
h1

h7
每循环完成的功也不大。
6.2 朗肯（Rankine）循环
一、工作原理
水蒸气动力循环系统
汽轮机
四个主要装置：
锅
锅炉
炉
发电机
汽轮机
凝汽器
凝汽器 给水泵
给水泵
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
s
缺点：
•受环境温度限制，现在 大型机组p2为 0.0035~0.005MPa，相 应的饱和温度约为24~ 33℃ ，已接近事实上可 能达到的最低限度。冬 天热效率高
•P2降低，乏气干度下降， 对汽轮机工作不利
四、实际循环
以汽轮机内有摩擦损耗为例来进 行分析
蒸气经汽轮机绝热膨胀完成的实 际功为：
w'tT h1 h2' h2' h2 , w'tT wtT
二、朗肯循环热效率
定压吸热过程吸入的热量 q1 h1 h4
汽轮机作功(定熵膨胀技术功)：
凝汽器中的定压放热量： h
q2 h2 h3

工程热力学第11讲-第6章热力循环

工程热力学第11讲-第6章热力循环
新型热力循环的优势
新型热力循环可以更高效地利用能源，减少对环境的污染，并且可以提 供更稳定的能源输出。
03
新型热力循环的挑战
新型热力循环的研究面临着许多挑战，如技术难度大、成本高、安全性
等问题。
高效热力循环的探索
高效热力循环
为了提高能源利用效率，人们正在探索各种高效热力循环。例如， 有研究正在探索利用高温高压的热力循环，以提高能源的转换效率。
热力循环的组成
一个完整的热力循环通常包括四个主要过程，即吸 热过程、膨胀过程、放热过程和压缩过程。
热力循环的特性
热力循环具有可逆性和效率。在理想情况下，可逆 热力循环是效率最高的循环。
热力循环的分类
80%
根据工作物质分类
根据所使用的工作物质，热力循 环可以分为气体循环、液体循环 和固体循环。
100%
低温热源温度的降低可以减少循环总热量，从而 提高效率。
提高高温热源温度
高温热源温度的提高可以增加循环净功，从而提 高效率。
采用高效工质
选择具有高热容和低流动阻力的工质可以提高循 环效率。
05
热力循环的未来发展
新型热力循环的研究
01 02
新型热力循环
随着科技的不断进步，新型热力循环的研究也在不断深入。例如，有研 究正在探索利用核能、太阳能、地热能等新能源的热力循环，以替代传 统的化石燃料热力循环。
应用
燃气轮机循环广泛应用于 航空、船舶和工业领域。
制冷循环
定义
制冷循环是一种利用制冷剂的相 变过程实现热量转移的循环过程。
工作原理
制冷剂在蒸发器中吸收热量蒸发， 然后在冷凝器中放出热量冷凝，通 过压缩机的压缩和膨胀机的膨胀实 现循环。
应用

工程热力学讲义第9章[1].doc

工程热力学讲义第9章[1].doc

工程热力学讲义第9章[1].doc第9章气体和蒸汽的流动基本要求：1．深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义，熟练运用热力学理论分析亚音速、超音速和临界流动的特点。

2．对于工质无论是理想气体或蒸汽，都要熟练掌握渐缩、渐缩渐扩喷管的选型和出口参数、流量等的计算。

理解扩压管的流动特点，会进行热力参数的计算。

3．能应用有摩擦流动计算公式，进行喷管的热力计算。

4．熟练掌握绝热节流的特性，参数的变化规律。

基本知识点：9．1 绝热流动的基本方程一、稳态稳流工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化。

二、连续性方程由稳态稳流特点， ====m m m .......21const而 vfc m =得：0=-+vdv fdf cdc 该式适用于任何工质可逆与不可逆过程三、绝热稳定流动能量方程sw gdz dcq dh δδ---=221对绝热、不作功、忽略位能的稳定流动过程得：dh cd-=22说明：增速以降低本身储能为代价。

四、定熵过程方程由可逆绝热过程方程 k pv =const得：0=+vdv kpdp五、音速与马赫数音速：微小扰动在流体中的传播速度。

定义式： sp a )(ρ=注意：压力波的传播过程作定熵过程处理。

特别的，对理想气体：kRTa = 只随绝对温度而变马赫数（无因次量）：流速与当地音速的比值ac M =M>1，超音速M=1 临界音速 M<1 亚音速9．2 定熵流动的基本特性一、气体流速变化与状态参数间的关系对定熵过程，由dh=vdp ，得到：vdpcdc -= 适用于定熵流动过程。

分析：1。

气流速度增加(dc>0)，必导致气体的压力下降(dp<0)。

2。

气体速度下降(dc<0)，则将导致气体压力的升高(dp>0)。

二、管道截面变化的规律联立vdp cdc -=、连续性方程、可逆绝热过程方程得到：cdc Mfdf )1(2-=分析：对喷管：当M<1，因为dc>0，则喷管截面缩小df<0，称渐缩喷管。

工程热力学主要循环图示

工程热力学主要循环图示
热泵技术
通过循环图示分析热泵的工作原理，实现低品位热能的回收利用。
热管技术
利用循环图示研究热管技术，实现高效传热和节能。
环保技术
废热处理
利用循环图示分析废热处理过程中的能量转换和利用，降低环境污 染。
温室气体减排
通过循环图示研究温室气体减排技术，减少温室气体排放。
工业废水处理
利用循环图示分析工业废水处理过程中的能量转换和利用，实现废水 零排放。
影响因素
热效率受到工质的选择、循环过程的设计、实际运行条件等因素 的影响。
机械效率
01
机械效率
表示循环过程中机械能转换为输 出功的效率，是评价机械发动机 性能的重要指标。
计算公式
02
03
影响因素
$eta_{mech} = frac{W_{net}}{W_{net} + Q_{in}}$。
机械效率受到工质的选择、循环 过程的设计、实际运行条件等因 素的影响。
THANKS
感谢观看
循环效率受到多种因素的 影响，如循环过程的设计、 工质的选择、实际运行条 件等。
热效率
热效率
表示循环过程中热能转换为机械能的效率，是评价热力发动机性 能的重要指标。
计算公式
$eta_{th} = frac{W_{net}}{Q_{in} - Q_{out}}$，其中 $Q_{out}$为循环中输出热量。
对于封闭系统，热量自发地从低温流向高温，而不是相反方向。
03
循环图示的解析
循环效率
循环效率
表示循环过程能量转换的 完善程度，是评价循环过 程性能的重要参数。
计算公式
$eta
=
frac{W_{net}}{Q_{in}}$，

工程热力学第六章

工程热力学第六章

制冷系统
利用制冷剂在循环过程中吸热 和放热的过程，实现制冷和制 热的目的。Fra bibliotek汽车发动机
汽车发动机中的汽油机和柴油 机均利用热力循环原理工作， 将燃料的化学能转化为机械能 。
工业余热回收
利用热力循环原理回收工业余 热，提高能源利用率。
05
热力学基本方程
热力学基本方程的推导
热力学第一定律
能量守恒定律在封闭系统中的表现形式，通过分析系统能量的来源 和去路，推导出热力学第一定律的数学表达式。
热力学第一定律的应用
热力学第一定律在工程和科学领域中有着广泛的应用，例如 在能源转换、制冷技术、热力发动机等领域中，都需要应用 热力学第一定律来分析和设计系统。
通过应用热力学第一定律，可以有效地提高能源利用效率、 优化系统性能、降低能耗和减少环境污染等方面的问题。
02
热力学第二定律
定义与公式
定义
03
热力过程
等温过程
定义
等温过程是指系统温度保持恒 定的过程，即系统的温度只随 压力变化而保持不变。
特点
在等温过程中，系统与外界的 热交换只通过压力变化来实现 ，系统与外界没有温差。
应用
等温过程在制冷、空调、化工 等领域有广泛应用。
等压过程
定义
等压过程是指系统压力保持恒定的过程，即系 统的压力只随温度变化而保持不变。
工程热力学第六章
目
CONTENCT
录
• 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 热力过程 • 热力循环 • 热力学基本方程
01
热力学第一定律
定义与公式
定义
热力学第一定律是能量守恒定律在封闭系统中的具体表现，它说 明了能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形式转化为另 一种形式。

《工程热力学》第九章 气体动力循环

《工程热力学》第九章 气体动力循环
按定值比热计算
c , s
分析热效率 提高途径！
t


( k 1) / k ( k 1) / k
T
1
1
c , s c , s
1
1
31
四．燃气轮机回热循环 （定压加热回热循环）
1、回热的概念： 利用废气高温余热对进入燃烧室前的空气进行预 热，以减少燃料消耗，提高热效率的措施 回热度μ ：空气在回热器中实际得到的热量与理想 情况下得到热量之比为回热度，一般在0.5-0.8 之间 2、多级压缩、级间冷却回热循环
低 压 压 气 机
9
燃料
中间燃烧室
中间冷却器
37
P
2 8 7 6 3 9
T
6
3 9
3’
4
2
7 1
1
5
4
V
5 s
8
多级压缩级间冷却回热循环 P-V图、T-S图
38
ξ 8.3
增压机及其循环（略）
一、增压机概念及简单装置 二、增压机工作过程及简化
39
第九章
气体动力循环(3学时）
基本内容： 热效率法分析循环；活塞式内燃机工作原理及 热力学方法；内燃机理想循环；燃气轮机装置 循环及提高热效率的方法；增压器及其循环； 其他循环简介 基本要求： 掌握分析循环热效率的方法；理解实际工作循 环合理简化的方法；掌握内燃机理想循环及提 高热效率的方法掌握；燃气轮机装置循环及提 高热效率的方法；了解其他循环
t 1
1

k 1 k
以P-V图、T-S图 分析热效率提高途径！
26
4、轴功计算及其最大值与增温比关系
燃气轮机作功 压缩机耗功
( ws )T h3 h4 CP 0 (T3 T4 )

《工程热力学》第九章 气体动力循环

《工程热力学》第九章 气体动力循环

9-4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一、压缩比相同、吸热量相同时的比较 压缩比相同，1-2重合
吸热量相同，q1v q1m q1p
q2v q2m q2 p
tv tm tp
或
T 2v T 2m T 2 p
T 1v T 1m T 1p
tv
tm
tp
二、循环最高压力和最高温度相同时的比较
放热量相同：
又称萨巴德循环 12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数：
压缩比(compression ratio) v1
v2 定容增压比(pressure ratio) p3
p2
定压预胀比 (cutoff ratio) v4
v3
反映气缸容积 反映供油规律
热效率
t
wnet q1
t
1
1
1
1
1
(9 7)
讨论：
v1 p3
v2
p2
v4
v3
a)循环1-2’-3’-4’-5-1
压缩比
Tm1 t
b)循环1-2-3”-4”-5-1
定容增压比
Tm1 t
c)循环1-2-3’”-4’”-5-1
定压预胀比
Tm1 t
二、定压加热理想循环（狄塞尔循环） 柴油机定压加热过程
3-4 等熵膨胀(燃气轮机内) 4-1 定压放热（排气，假想换热器）
热效率ηt
q1 h3 h2
cpm
t3 t2
T3 T2
cp
T3 T2
q2
h4
h1
c pm
t4 t1
T4 T1
cp T4 T1
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h1'' h3 B qf
整个电厂热效率
热效率
wnet ＝ t B oi tu qf
机械
wM wnet
机械效率
电机效率 整个电厂热效率
电机
wg wM
电厂
wg 电机 wM 机械 wnet 收益 电功 电机 ＝ ＝ qf qf 代价 燃料热量 qf
5
汽机不可逆膨胀， 汽机相对内效率
4’ 4 3 2 2’ 管道和节流， 管道效率
h4' h3
tu
h1 h3 h1'' h3
s
锅炉散热和排烟， 锅炉效率
h1'' h3 B qf
整个实际蒸汽动力循环热效率
收益 循环净功 wnet h1 h2' ＝ ＝ 代价 燃料热量 qf qf (h1 h2 )oi (h1'' h3 ) / B

热电联产(供)循环
最简单的热电联产(供)循环是采用背压式汽轮机。
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一 背压式机组 (背压>0.1MPa)
2' 热用户 3
热用户为什么要用换热器 而不直接用热力循环的水？
热电联产(供)循环
抽汽式热电联供循环, 可以自动调节热、电供应比例，以 满足不同用户的需要。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好环保性能， 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
优点：
效率高：在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今 后可望达到更高。 污染低：污染物排放量仅为常规燃煤电站的1/10，二氧化硫排放在 25mg／Nm3左右（目前国家二氧化硫为1200mg／Nm3），脱硫效率可 达99%。氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站 的1/2-1/3，利于环境保护。
2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变，p2 ↓
T
1 优点： •T2 ↓ ηt ↑ 4 缺点： 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa， 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ，已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高 2
5
6
4'
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
蒸汽回热循环
1 1kg
去凝汽器
抽汽 冷凝水
a α kg 6 5
抽汽式回热
2 3 (1-α )kg
给水
表面式回热器 抽汽 冷凝水
4
混合式回热器
蒸汽回热循环热力过程
T 1
1 1kg
1kg
6 kg a
4
3
5
(1- )kg
a α kg
2
2 3 (1-α )kg
6 5
4
kg
由于T-s图上各点质量不同，面积 不再直接代表热和功
1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1) 2-3绝热膨胀过程，对外作功 3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1) 4-1绝热压缩过程，对内作功
气体卡诺循环
工质：气体 效率：最高效率 缺点：
1. 定温吸热和定温放热两个过程在实际上难以实现； 2. 在p-v图上，气体定温线与绝热线的斜率相差不大，所以
过程装备与控制工程专业
工程热力学
第九讲
山东大学机械工程学院 过程装备与控制工程研究所
本讲内容
6 热力循环
1 动力循环 2 制冷循环 3 热泵供热循环 4 气体液化循环
学习要求
1 2 3 4 5 6 7 8 9 熟练掌握朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环 的组成。 会利用蒸汽图表对循环进行热力分析和计算。 掌握提高蒸汽动力循环热效率的方法和途径。 熟悉热电联供循环。 掌握空气和蒸汽压缩制冷循环的组成。 掌握制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 了解制冷剂的热力学要求和环保要求。 了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷、热泵、空调原理。 掌握气体液化循环的原理和特点。
4. 由于上限温度受限于临界温度，温差不可能很大，因此 热效率不高，每循环完成的功也不大。
朗肯蒸气动力循环系统
四个主要装置：锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵
1 p 吸热 锅 炉 发电机 汽轮机
p
s 膨胀 4
1
2
s 压缩 4 给水泵 3 p 放热 3 2
凝汽器
v
朗肯循环与卡诺循环比较
对比同温限1234’ q2相同；
t,RG
h1 ha 1 ha h2
h1 ha'
为什么抽汽回热热效率提高？
简单朗肯循环： 回热朗肯循环：
' h2 h2 t 1 ' h1 h2
t,RG 1
h1 ha 0 1
h1 h 1 h1 ha
t B oi tu 机械 电机
如何提高朗肯循环的热效率？
影响热效率的参数？
T 1
h1 h2 t h1 h3
p1, t1, p2
5 4 3
6
2
s
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1↑
T
优点： •T1↑ ηt ↑ •v2’↓ ，汽轮机出口尺寸小
§6-1 动力循环
动力循环
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一 部分转换成对外的净功。 研究目的：合理安排循环，提高热效率。 动力循环的分类：
气体动力循环：内燃机 空气为主的燃气 按工质 按理想气体处理 蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 实际气体
正向卡诺循环— 理想可逆热机循环 循 环 示 意 图
过热器 汽轮机
发电机
锅炉
调节阀 冷却水 冷凝器
水泵 2 加热器 水泵 1
热电联产(供)循环
wnet t q1
热电联产(供)循环的经济性评价只采用热效率
能量利用系数
显然不够全面
q供热＋wnet 已被利用的能量 K 工质从热源得到的能量 q1
但未考虑热和电的品位不同 应采用 Ex经济学评价 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
提高初温度 改变循环参数
提高初压力
降低乏汽压力
再热循环
改变循环形式 回热循环 热电联产 改变循环形式 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环 IGCC
PFBC-CC
…...
朗肯循环的改进
朗肯循环热效率有限： 1. 乏汽的压力和温度受限于环境，降低的可能很小。 2. 提高初始压力虽然可以提高朗肯循环的效率，但是由于乏 汽干度下降，对汽轮机的运行会产生不利后果。 3. 提高蒸汽进入汽轮机的初温又会对锅炉、管道、阀门的材 质、强度提出更高的要求。 4. 存在两个温差吸热造成朗肯循环效率变低。 朗肯循环的改进：回热循环、再热循环等。
2
s
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa(0.2~0.3)p1 p1<10MPa，一般不采用再热。 常见10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热。
超临界机组， t1>600℃，p1>25MPa， 二次再热。
蒸汽再热循环的定量计算
T 6 5 4 3 b 1
热电联产(供)循环
用发电厂汽轮机后的乏汽的余热来满足低热用户的 需要。 原因：
1. 乏汽的能量数量多，但由于压力和温度低，可用能很少， 无法得到充分的利用。 2. 生活和生产中需要耗费大量燃料以产生大量温度不太高 的热能。 3. 热电联供将二者结合起来，一方面产生动力，另一方面 提供低品位的热能。由此节约的能量比因动力循环效率 下降而损失的能量多，综合节能效果非常显著。
s 1kg 5
a
(1- )kg 4
蒸汽回热循环抽汽量计算
T 以混合式回热器为例 1 热一律
1kg
6 kg a
ha 1 h4 1 h5
h5 h4 ha h4
忽略泵功 s
4
3
5
(1- )kg 2
a
kg (1- )kg
1kg
5
4
' ha' h2 ' ha h2
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量： 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
' q2,RG 1 h2 h2
4
3
5
(1- )kg 2
净功：
wRG h1 ha 1 ha h2
s 热效率：
T
4'
9 5 10 6
1
q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温吸热4’1难实现 对比5678 卡诺> 朗肯； wnet卡诺< wnet 朗肯 对比9-10-11-12 11点x太小,不利于汽机强度；
4 3 8 12 11 7 2
12-9两相区难压缩； wnet卡诺小
蒸汽再热循环
1 再 热 b a 2
T
1
a
6
5 4 3 b
4
2
s
3
蒸汽再热循环实体照片
蒸汽再热循环的热效率
再热循环本身不一定提高 循环热效率，热效率与再 热压力有关。 x2降低，给提高初压创造 了条件，可选取合适的再 热压力。