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第10章-蒸汽动力装置循环

第10章-蒸汽动力装置循环
13
三、提高朗肯循环的热效率途径
T
5
1
6
h1 h2 t h1 h3
4
3
2
影响热效率 的参数？
s
p 1, t1, p 2
14
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 优点：
5'
5
1' 1 6'
6
T1 • v2'
•
t
，汽轮机
4'
4 3
2' 2
s
出口尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽轮 机安全。一般要求 出口干度大于0.85~ 0.88
s
9
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
h1 h2 t h1 h3
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
h
1
4 3
3600 d wnet
2
蒸汽动力装置输出1kw〃h （3600kJ）功量所消耗的蒸汽 量，定义为汽耗率，用d表示。
s
10
朗肯循环与卡诺循环比较
15
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
•
1'
1 6
•
安全。 缺点： • 对耐热及强度要 求高，目前最高 初温一般在550℃ 左右 • v 汽机出口 2' 尺寸大
T1 x2'
t
，有利于汽机
16
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
热一律
ha 1 h4 1 h5

Chapter10PowerCycle(蒸汽动力循环)

Chapter10PowerCycle(蒸汽动力循环)
went卡诺< wnet 朗肯 对比9-10-11-12
11点x太小,不利于汽 机强度； 12-9两相区难压缩；
s wnet卡诺小
§10-1 Basic Power Cycle using Water Vapor-
Rankine Cycle 基本蒸汽动力循环---朗肯循环
1.水蒸气动力循环系统
汽轮机作功： ws,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量：
h
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
ws,34 h4 h3
锅炉中的定压吸热量：
4
q1 h1 h4
3
1 2
s
朗肯循环热效率的计算
t

wnet q1

ws,12 ws,34 q1
h
一般很小，占 0.8~1%，忽略 泵功
表面式回热器 抽汽
给O水pen Feed冷wa凝te水r heater 混合式回热器
(1) 蒸汽抽汽回热循环
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
3
2
由 于 T-s 图 上 各 点 质 量 不同，面积不再直接 代表热和功
1 1kg
6
s 1kg
a2
α kg
3
5
4
(1-α )kg
a kg
锅炉
4
给水泵
3
2' 热用户
用发电厂作了功的蒸 汽的余热来满足热用 户的需要，这种作法 称为热电联(产)供。
热用户为什么要用换 热器而不直接用热力 循环的水？ 背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
抽汽调节式热电联产(供)循环
过热器 汽轮机 发电机

工程热力学课件10蒸汽动力循环

工程热力学课件10蒸汽动力循环

`
作业
第4版：P345 习题10-2
二、回热循环
从汽轮机中某个部位抽取经过 适当膨胀后的蒸汽，其温度总高于 凝结水的温度，用来预热锅炉给水， 使得水的加热过程从较高温度开始， 使平均加热温度增高，而平均放热 温度不变，从而提高循环热效率。
0’-1—1kg水蒸气的定压吸热过程， 1-a—1kg水蒸气的绝热膨胀过程； a-b—从汽轮机中抽出的αkg蒸汽回热器中定压回热过程； a-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸气的绝热膨胀过程， 2-3—(1－α)kg乏汽的定压放热过程， 3-0—(1－α)kg水的绝热加压过程， 0-b—(1－α)kg水在回热器中的定压预热过程； b-0’—回热后重新汇合后的1kg水的绝热加压过程。
第一节
水蒸汽作为工质的卡诺循环
1.汽水混合物压缩过程c-5难以实现。
2.循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度（647.3K），
效率不高。
3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。
第二节
基本蒸汽动力装置的理想循环——朗肯循环
一、朗肯循环及其工作过程
简单蒸汽动力装置 的主要热力设备：蒸汽 锅炉、汽轮机、冷凝器 和给水泵。
工作过程：当蒸汽在汽轮机的高 压汽缸中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 送至再热器重新加热，使蒸汽的温度 再次达到较高的温度，然后送回汽轮 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 采用再热措施的理想循环称为再热 循环。
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 与再热压力有关 x2 ,给提高初压创 造了条件，选取再 热压力合适，一般 采用一次再热可使 热效率提高2％～ 3.5％。
四、 汽耗率
汽耗率也是衡量蒸汽动力装置工作好坏的重要 经济指标之一。汽耗率ｄ表示每产生1千瓦小时的功 (等于3600kJ）需要消耗多少kg的蒸汽。 １kg蒸汽在一个循环中所作的功为

10 第10章 蒸汽动力循环

10 第10章 蒸汽动力循环

4
1
凝汽器
给水泵 12 汽轮机 s 膨胀 3 2
v 23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
34 给水泵 s 压缩
朗肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩
T h
23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热 1
1 4
3 2
4 3
2
s
s
水蒸气的定压过程
四、有摩阻的实际工作循环
非理想因素：
T
5
4 3 2
1
蒸汽管道摩擦降 压，散热 汽机不可逆
2act
给水泵不可逆
s
1、汽轮机的相对内效率
T
wT,act wT h1 h2,act h1 h2s
T
1
h2,act h1 T (h1 h2s )
x2,act h2,act h2' h2" h2'
提高初温 提高初压 降低背压
例题1：朗肯循环中离开锅炉进入蒸汽轮机的蒸气是4 MPa 、 400 ℃，冷凝器内压力为 10 kPa。试确定循环热效率 。
分析：为确定热效率， 需计算水泵耗功、汽 轮机作功（放热量） 和锅炉内蒸汽吸热量。
解： 蒸汽轮机 控制体积: 蒸汽轮机。 进口状态1点: p1、T1已知；查水蒸气热力性质表或图，确定 1点状态参数：
wP h4 h3 ( p4 p3 )v2 ( p1 p2 )v2 (17 106 Pa 5 103 Pa) 0.001 005 3 m3 /kg 17.06 kJ/kg
h4 h3 wP h2 wP 137.72 kJ/kg 17.06 kJ/kg 154.78 kJ/kg

工程热力学第十章 动力循环ppt课件

工程热力学第十章 动力循环ppt课件

1
T2 T1
p2 p1
,
1
T3 T4
p3 p4
p3 p2, p1 p4
T4 T3 , T1 T2
p2 p1
t
1
1
( 1)
由上式可见，燃气轮安装循环的热效率仅与增
压比 有关。 越大，热效率越高。普通 燃气轮机安装增压比为3~10。
t
w0 q1
(h1 h6)(1a1)(h6
h8)(1a1 a2)(h8 h1 h7
h2)
二、再热循环
再热循环热效率计算
q1 (h1 h3) (h1 h6 )
q2 h2 h3
t
q1 q2 q1
(h1
h3) (h1 h6 ) (h2 (h1 h3) (h1 h6 )
h3)
(h1 h6 ) (h1 h2 ) (h1 h3) (h1 h6 )
第三节 热电循环
一、背压式热电循环 排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机
二、调理抽气式热电循环
第四章 内燃机循环
气体动力循环按热机的任务原理分类，可分为内燃 机循环和燃气轮机循环两类。内燃机的熄灭过程在热机 的汽缸中进展，燃气轮机的熄灭过程在热机外的熄灭室 中进展。
二、定压加热循环
工质吸热、放热和循环热效率：
q1 cp(T3 T2), q2 cv(T4 T1)
t
1q2 q1
1cp(T4 T1) cv(T3 T2)
11 T1(T4T11)
T2(T3T2 1)
1
T1 T2
v2 v1
1
1
,
T4 T1
v3 v2
t,p
1
1 ( 1) 1
第十章 动力循环

10蒸汽动力装置循环

10蒸汽动力装置循环

图11-4汽轮机高压缸
图11-6汽轮机低压缸
蒸汽电厂示意图
动力循环研究目的和分类
动力循环：以获得功为目的
——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
——正向循环
实际循环与卡诺循环
卡诺热机只有理论意义，最高理想 实际上 T s 很难实现 内燃机 t1=2000oC，t2=300oC tC =74.7% 实际t =30~40% 火力发电 t1=600oC，t2=25oC
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展， 促使资本主义诞生。 2）目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。
4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
图11-1电厂鸟览图 图11-3汽轮机车间等图 图11-5汽轮机中压缸 图11-2锅炉
h2 1 T h1 h2
（h1–h2—理想绝热焓降—ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）
T 5 4
4' 3 3'
优点：
•
T2
t
1 6
2
2'
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 27~ 33℃ ，已接近事 实上可能达到的最低 限度。冬天热效率高
五、有摩阻的实际朗肯循环 1.T-s图及h-s图
q1 h1 h3 不变 忽略水泵功： q2 h2act h2'
t
2.不可逆性衡量 a）汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）

蒸汽动力装置循环PPT课件

(17106 Pa 5103 Pa) 0.001 005 3 m3/kg 17.06103 kJ/kg
h4 h3 wP h2 wP 137.72 kJ/kg 17.06 kJ/kg 154.78 kJ/kg q1 h1 h4 3 426 kJ/kg 154.78 kJ/kg 3 271.22 kJ/kg
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展， 促使资本主义诞生。
2）目前世界约75%电力、国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、廉价、易得的工质。
4
6. 蒸汽动力装置工作流程和简化 蒸汽电厂示意图
2513.29 2544.68 2553.46 2560.55 2583.72 2608.90 2645.31 2675.14 2706.53 2748.59 2777.67 2798.66 2803.19 2793.64 2724.46 2085.87
2484.1 2443.6 2432.2 2422.8 2392.0 2357.5 2304.8 2257.6 2201.7 2108.2 2014.8 1890.0 1794.9 1639.5 1317.2
由第一定律
q1 h1 h4
代入已得数据
q1 h1 h4 3 213.6 kJ/kg 195.8 kJ/kg 3 017.8 kJ/kg
14
蒸汽轮机
控制体积: 蒸汽轮机。 进入状态: p1、T1已知；状态确定 出口状态: p2已知。 据第一定律 wt h1 h2
据第二定律 s1 s2
wP
4
vdp
2'
v
p4

十章动力循环

第十章 动力循环
第十章 动力循环
本章主要内容： 蒸汽动力循环和燃气动力循环的构成、特
点及提高这两类动力循环热工性能的途径。
本章基本要求：
1 朗肯循环构成、原理、性能计算、提高性能的措施 2 回热循环、再热循环的构成、原理、性能计算 3 热电循环的特点及构成、工作原理 4 内燃机循环、燃气轮机循环的构成及性能计算
h1 h3'
h1 h3
0.8~1%，可忽略， h3’=h3
t
w0 q1
q1 q2 q1
t

w0 q1

q1
q2 q1
h1 h3' h2 h3 h1 h2 h1 h3'h2 h3 h1 h2
h1 h3'
h1 h3
完成循环
四冲程汽油机
四冲程汽油机实际循环的理想化
1. 工质
p3
定比热理想气体
工质数量不变
p-V图p-v图
2
2. 没有排气与吸气 开口闭口循环
3. 燃烧外界加热
p0 0
4 1
4. 排气向外界放热
V
5. 膨胀、压缩 多变绝热
6. 不可逆可逆
定容加热循环（奥托Otto循环）
3
p
T
3
2
4
1
3. 燃烧外界加热
p0 0
4 1
4. 排气向外界放热
V
5. 膨胀压缩 多变绝热 6. 不可逆可逆
定压加热循环（狄塞尔Diesel循环）
p
3
2
T
3
n=0
4
2 4
1
1
v
n=∞ s
1 2 ：定熵压缩 3 4 ：定熵膨胀

蒸汽动力循环与制冷循环PPT课件

热力学分析
汽轮机中工质对外作功量(过程1→2) WS(R) H H2 H1 (kJ kg-1)
冷凝器中工质对外放热量
QL H H3 H2 (kJ kg-1)
水泵消耗的压缩功量
Wpump H H4 H3 V3 p4 p3 (kJ kg-1)
工质从锅炉中吸收的热量
QH H H1 H4 (kJ kg-1)
T
等温冷凝
T放 3
2
WS
T吸 4
1
等温蒸发
S
耗功过程：耗功量最小。 实际过程的耗功量要大于逆向卡诺循环的耗功量
二.蒸汽压缩制冷循环
1. 工作原理及T-S图
3
主要设备有：
节膨
压缩机
流胀 阀机
或
冷凝器
膨胀机（节流阀）
4
蒸发器
四部分组成。
冷凝器
QH
2
压 缩 机
1 QL 载冷体
蒸发器
在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题
点燃式内燃机(汽油机) 定容加热循环 混合加热循环
压燃式内燃机(柴油机) 定压加热循环
Jetta柴油车
8.2.1 定容加热循环 Otto循环
p
3
3
3
p
T
2
4
0
大气压力
1
2
V
2
4
4
排气阀 进气阀
(a)实际工作原理图
1
(b) p-V 图 V
1 S
(c) T-S 图
图 8-8 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
T
5
锅炉
发电机
4
6
2’
1 1’ 56

第十章水蒸气及蒸汽动力循环

hx (1 x)h xh h x(h h) h xL
sx (1 x)s xs s x(s s) vx (1 x)v xv v x(v v)
即，如已知湿饱和蒸汽干度x，即可利用饱和水及干饱和蒸汽的状 态参数，求得湿饱和蒸汽的相应状态参数的数值。
三、降低乏汽压力对热效率的影响
设初温T1＝const，初压p1＝const 降 低 乏 汽 的 压 力 p2 → 与 乏 汽 压 力 相 应 的饱和温度也随着降低，放热过程2'-3'要比 原过程2-3有较低的放热温度，即T2‘＜T2。 虽 然 这 时 加 热 过 程 的 起 点 T0 也 降 低 为 T0’， 但它对整个加热过程的平均加热温度影响 很小。 因而，由等效卡诺循环的热效率公式 可 知 ， 降 低 乏 汽 的 压 力 p2， 可 以 提 高 朗 肯 循环的热效率。 乏汽的凝结温度主要取决于自然环境 中冷却介质的温度。当乏汽的凝结温度降 低到28℃时，乏汽的压力相应地降低为 0.0039MPa左右。
朗肯循环热效率分析
循环工质吸热 q1＝h1－h0
工质放热
q2 h2 h3
汽轮机所作轴功 水泵耗功
(ws,T)1-2＝h1－h2
(ws,p )30 h0 h3
循环净功 w0 (ws,T )12 (ws,p )30 (h1 h2 ) (h0 h3 )
朗肯循环热效率
p↑→ts↑，q'↑
定压预热过程的能量转换关系为
q h h0.01 (u u0.01) p(v v0.01)
因v’≈v0.01，所以
q h h0.01 (u u0.01)
热工计算仅需计算Δh及Δu，故可任取某个状态作为计算的零 点。国际水蒸气性质会议规定，水的三相点状态下u＝0。
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5
4
(2)抽汽回热循环的抽汽量计算
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
3
2
a kg
s
1kg
(1- )kg
5
4
以混合式回热器为例 热一律
h a1 h 41h 5
h5 h4
ha h4
忽略泵功
h
' a
h
' 2
ha
h
' 2
(2)抽汽回热循环热效率的计算
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
水蒸气：火力发电、核电 低沸点工质：氨、氟里昂
太阳能、余热、地热发电 动力循环：以获得功为目的
在温限1234’
•
朗肯循环的提出与卡诺循环
卡诺最大；
等温吸热4’1难实现
T 4'
9 5
4 3 8 12
1 10
6
11 7 2
对比5678
• 由于温差小，所以 效率不会很高，且乏汽 干度过小，
卡诺< 朗肯；
went卡诺< wnet 朗肯 对比9-10-11-12
•11点x太小,不利于汽 机强度； • 12-9两相区难压缩；
s • wnet卡诺小
§10-1 Basic Power Cycle using Water VaporRankine Cycle
基本蒸汽动力循环---朗肯循环
1.水蒸气动力循环系统
34 The saturated liquid then flows through the pump which increases the pressure to the boiler pressure (state 4).
41 the water is first heated to the saturation temperature, boiled and typically superheated to state 1. Then the whole cycle is repeated.
表面式回热器 抽汽
给O水pen Feed冷wa凝te水r heater 混合式回热器
(1) 蒸汽抽汽回热循环
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
3
2
由 于 T-s 图 上 各 点 质 量 不同，面积不再直接 代表热和功
1 1kg
6
s 1kg
a2
α kg
3
5
4
(1-α )kg
a kg
(1- )kg
吸热量：
q1,R Gh1h5h1ha'
放热量：
q 2 ,R G1 h 2 h 2 '
3
2
净功：wRG h1 ha
s • wnet卡诺小
3.如何提高朗肯循环的热效率 How can we increase the efficiency of the Rankine cycle
T 5
t
h1 h1
h2 h3
1
影响热效率的
6
参数？
4
3
2
p1 t1 p2
s
A.蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T
5' 5
4' 4
3
1' 1
6'
6
2' 2
s
优点：
•T1
• v 2'
寸小
t
，汽轮机出口尺
缺点：
• 对强度要求高
•汽轮x 2 '机安不全利。于一
般要求出口干度 大于0.85~ 0.88
B.蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
优点：
p1 , p2不变，t1
T
1' 1
5
6
4
3
2 2'
•T1
• x 2'
全。
t
，有利于汽机安
23 The steam is then condensed at constant pressure and temperature to a saturated liquid, state 3.The heat removed from the steam in the condenser is typically transferred to the cooling water.
缺点：
• 对耐热及强度要求
高，目前初温一般
在550℃左右
• 大
v
2
'
汽机出口尺寸
s
C.乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
T
1
5
4 4' 3
3'
6
2 2'
s
优点：
•T2
t
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27~ 33℃ ，已接近事实上可
(1)朗肯循环p-v图
p 4
3
12 汽轮机 s 膨胀
23 凝汽器 p 放热
1
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热 2
v
(2) 朗肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩
T 1
23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
h 1
4
4
2
3
2 s
3
s
2. 朗肯循环功和热的计算
朗肯循环与卡诺循环比较 • 卡诺最大；
等温吸热4’1难实现
T 4'
9 5
4 3 8 12
1 10
6
11 7 2
对比5678
• 由于温差小，所以 效率不会很高，且乏汽 干度过小，
卡诺< 朗肯；
went卡诺< wnet 朗肯 对比9-10-11-12
•11点x太小,不利于汽 机强度； • 12-9两相区难压缩；
汽轮机作功： ws,12h1h2
凝汽器中的定压放热量：
h q2 h2h3
水泵绝热压缩耗功：
ws,34h4h3
锅炉中的定压吸热量：
4
q1h1h4
3
1 2
s
朗肯循环热效率的计算
t
wnet q1
ws,12ws,34 q1
h
一般很小，占 0.8~1%，忽略 泵功
t
h1 h2 h1 h3
4 3
1 2
s
在温限1234’
汽轮机
锅
炉
发电机
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器
给水泵 炉
4
12 汽轮机 s 膨胀
汽轮机 23 凝汽器 p 放热
1
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热
发电机
2
凝汽器
3 给水泵
朗肯循环
RANKINE CYCLE
RANKINE CYCLE
12 Saturated or superheated steam enters the turbine at state 1, where it expands isentropically to the exit pressure at state 2.
能达到的最低限度。冬 天热效率高
§10-2 蒸汽回热循环与再热循环
(regenerative cycle and reheat cycle)
1.蒸汽回热循环(regenerative)
1 1kg
a
α kg
6
5
4
抽汽式回热
2
3 (1-α )kg
Feedwater heater
抽汽 冷凝水
Closed Feed water heater 去凝汽器