第七章蒸汽动力循环和制冷循环
0、引言
蒸汽动力循环：
是以蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备是各种热机。
产功的过程。如：火力发电厂，大型化工厂。
常用的工质是水蒸气。
制冷循环：
是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。
耗功的过程。
-100℃以上为普冷，-100℃以下为深冷。
7.1．蒸汽动力循环
一、蒸汽动力循环基本原理
主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
4→1水进入锅炉被加热汽化，直至成为过 热蒸汽。
1→2进入透平机膨胀作功。
2→3作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，回到水泵中。
3→4水在水泵中被压缩升压，再回到锅炉中，完成一个循环。
二、朗肯循环及其热效率
原理：朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由：水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
1、理想朗肯循环
3→4饱和水可逆绝热压缩过程。（等S）
4→1高压水等压升温和汽化，可逆吸热过程。
1→2过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。（等S）
2→3湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。
气体压缩式制冷机
以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成(图1) 。经压缩机压缩的气体先在冷凝器中被冷却，向冷却水（或空气）放出热量，然后流经回热器被返流气体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。气体在膨胀机中膨胀时对外作功，成为压缩机输入功的一部分。同时膨胀后的气体进入冷箱，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。气体制冷机都应采用回热器，这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低膨胀机前压缩气体的温度，因而降低制冷温度。气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽，从高于 0℃到低于-100℃；制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于-90℃时其经济性反而高于蒸气制冷机。
压缩式制冷机
蒸气压缩式制冷机
第十章 蒸汽动力循环
蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。
工质 ：水蒸汽。
用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。
本章重点：
1、蒸汽动力装置的基本循环
朗肯循环匀速回热循环
2、蒸汽动力装置循环热效率分析
yT的计算公式
yT的影响因素分析
yT的提高途径
10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环
热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。
二、为什么不能采用卡诺循环
若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。
1-2 绝热膨胀（汽轮机）
2-C 定温放热（冷凝汽） 可以实现
5-1 定温加热（锅炉）
C-5 绝热压缩（压缩机） 难以实现
原因：2-C过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态
1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且3点的湿蒸汽比容比水大的多'23'232000需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大
1
C 5
2 p
v 减少，同时对压缩机不利。
2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。
3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机
为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上
限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。
10-2 朗肯循环
过程：
从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。
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iw较小。
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iw，所以蒸汽机原则上可采用卡诺循环，如图中5－6－7－8－5所示。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。
探讨燃气—蒸汽联合循环发电系统
在当代社会中，能源、环境危机的不断加剧，促使清洁能源发电技术快速发展起来，而燃气-蒸汽联合循环发电系统作为清洁能源发电技术的一种，也得到了快速的發展。基于此，本文以《基于现状分析燃气-蒸汽联合循环发电系统及展望》为题，进行了以下几方面的分析与探讨。
1 系统介绍
联合循环是将两个独立的动力循环进行联合，在这样的情况下，两者会产生能量，这时能量会出现相互交换的情况，从而形成一个新的循环。根据热力学原理，理想的热力循环又称卡诺循环，该公式显示，当热源的温度不断升高时，冷源的温度不断降低，循环的效率不断提高。燃气-蒸汽联合循环里的高温热源温度较高，超过了蒸汽循环产生的蒸汽温度，而且燃气单循环产生的排气温度要超过燃气-蒸汽联合循环中的温冷源温度，因此燃气-蒸汽联合循环能够有效实现高温热源吸热效果。所以，对于普通的循环热效率而言，必须低于联合循环产生的热效率。为了有效改善联合循环效率的效果，在对联合循环进行设计的过程中，技术人员必须考虑效率与功率的相关条件，当燃气轮机符合设计内容后，企业决策者还需要从成本角度和循环效率方面来看，汽轮机与余热锅炉的系统形式是否在配置规范方面存在问题。因此，为了提高循环联合效率，技术人员需要选择透平初温相对高的燃气轮机。根据相关数据调查显示，当燃气轮机的初温不断提高时，联合循环的效率也会得到明显提高，这时联合循环的效率会超过简单循环的效率。
在当代社会中，人们的环保意识不断增强，燃气发电技术发展得越来越快。通常情况下，燃气发电系统的原理为：空气进入到压气机内，压气机会向空气施加压力，进而将空气压缩成一定气压，而后将气压送往燃烧室中与燃料混合进行燃烧，进而会产生高温燃气，这些高温燃气一旦进入到膨胀机后，会进入做功的状态，压气机在透平转子的作用下会进行不断旋转，同时带动发电机进行做功，从而产生电能。对于燃气机释放的尾气而言，其较高的温度会存在很多劣势，当排入大气后，会导致热能不断损失，在很大程度上降低了机组的热效率。因此，技术人员必须注意这一点，充分发挥循环发电系统的作用。一般情况下，联合循环发电系统会通过某个特定的方式组合燃气轮机循环与蒸汽轮机循环。形成综合性质的发电系统，属于当代社会中的新型发电技术，能够有效降低煤耗，不断提升热效率，保护环境。一般情况下，联合循环发电系统主要具有以下特点：对于建设投资而言，燃气-蒸汽联合循环发电系统具有建设周期短的特点，投资回收时限短，使资金的利用率高；对于发电效率而言，燃气-蒸汽联合循环发电系统的供电效率高，已经大于燃煤的蒸汽轮机发电
