工程热力学六动力装置循环资料45页PPT

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。

从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa

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；

将在汽轮机中做了部分功的蒸汽从汽轮机中抽出来，
用以加热进入锅炉前的给水，这样不仅避免抽汽的冷源
损失，锅炉的给水温度也同时提高。
2. 回热装置系统图及T-s图
郭煜《工程热力学与传热学 》
过热器 6
锅炉
10
1 kg 1
7 kg 冷
凝 器
发 电 机 (1- ) kg 2
3 冷却水
9 给水泵
回热
4
凝结水泵
工程热力学与传热学
工程热力学 第六章 动力装置循环
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第六章 动力装置循环
内容要求
掌握蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环 掌握再热循环，回热循环 了解活塞式内燃机循环 了解燃气轮机装置的理想循环
郭煜《工程热力学与传热学 》
的经济性，寻求提高经济性的方法和途径。
方法和步骤 （1）首先：把实际问题抽象为可逆理论循环。分析找出
热效率及提高该循环热效率的可能措施，以指导实际循 环的改善。 （2）然后：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，及改进措施。
郭煜《工程热力学与传热学 》
6-1 蒸汽动力装置循环
T
及汽轮机出口干度。 1
汽耗率：
56
蒸汽动力装置输出１kＷ.h
4
（3600kJ）功量所消耗的蒸汽量。 3
2
0
s
朗肯循环T–s图
例题
郭煜《工程热力学与传热学 》
3. 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力P1=13.5MPa，
初温度t1=550ºC，乏气压力为0.004MPa。当蒸汽在
汽轮机中膨胀至３MPa时，再加热到 t1，形成一次再热

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
5
6
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
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义： kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
优点： 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 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发电厂 一般为 4～8级。
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：
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功： s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率：
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）

T
wt ,act wt
h1 h2act h1 h2
h2act h2 1T h1 h2 h2 1T h0
h0 h1 h2 称为理想绝热焓降
大功率汽轮机的ηT在0.85~0.92之间
▪ 实际循环内部功wnet,act：每千克蒸汽在实际工作循环中作出的循 环净功
wnet,act wt,act wP,act wt,act h1 h2act
1 1 h1 1 1 h1
h2 h2
h1 h1
h2 h2
▪ 回热循环工质平均吸热温度提高，平均放热温度不变，故循环热效率 提高，大于单纯朗肯循环热效率
第34页/共44页
▪ 回热循环工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，节省金属材料 ▪ 由于汽耗率增大，汽轮机高压端蒸汽流量增加，低压端流量减小，
wt
wp q1
h1 h2 h4 h3 h1 h4
第5页/共44页
水泵功的近似值为
wp h4 h3 u4 p4v4 u3 p3v3
p4 p3 v3 p1 p2 v2
可t 得 hh热11 效hh率32 的 pp近11 似pp22式vv22
h1 h2 p1 h1 h2 p1
p2 v2 p2 v2
略
t
去w
h1 h2 p简h化1 为h2
循环初压力p1甚高时，水泵功约占汽轮机作 第6页/共44页
➢ 蒸汽参数对热效率的影响 ▪ 初温t1对热效率的影响 在相同的初压及背压下，提高新蒸汽的温度可使热效率增大 提高初温还可使终态2的干度x2增大，有利于提高汽轮机内效率和 延长汽轮机的使用寿命 提高初温受材料耐热性能的限制，最高蒸汽温度很少超过600℃
用轴功率表示为
Ps mT P0 mT Dh1 h2

理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。

1
1 ( 1)
, t
w0

p1v1 [ 1( 1
1)] (
1)]
, w0
四 内燃机三种理想循环的比较
平均温度概念： 假想定温加热过程与原来的加热过程的熵和热量变化 相同时的温度。
1、压缩比相同、放热量相同比较；
②当升温比τ及回热度μ一定时，随着增压比π的提高，回 热循环的热效率有一个极大值，如图所示。当回热度增大时， 与热效率极大值相对应的增压比的数值不断降低。
（2）采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环
采用多级压缩中间冷却，可使压缩终了温度降低。而采用 多级膨胀中间再热，可使膨胀终了温度提高。这两方面都可 使回热的温度范围大为扩展，从而提高平均吸热温度及降低 平均放热温度，使循环热效率得到较大的提高。
（4）利用空气冷却器降低空气温度T1。
§6–3 燃气轮机装置的理想循环
一、定压加热燃气轮机循环（勃雷登循环）
燃气轮机装置
闭式燃气轮机装置
燃气轮机装置循环的四个过程： ①绝热压缩过程（压气机）； ②定压加热过程（燃烧室、加热器）； ③绝热膨胀过程（燃气轮机、气轮机）； ④定压放热过程（大气、冷却器）。
6、混合加热循环的循环净功为
w0 (q1 q1) q2 cV 0 (T3 T2 ) c p0 (T4 T3 ) cV 0 (T5 T1) 利用循环中各状态间的参数关系，可以得到：
w0 cV 0T1{ 1[( 1) ( 1)] ( 1)}
p1v1 { 1[( 1) ( 1)] ( 1)} 1
可见：
, , w0
二、定容加热循环
1.定容加热循环（奥图循环）：汽油机理想循环

另一种表述是，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。

活塞開始上行，將氣缸中剩餘氣體排出，完成一個實
際迴圈。
18
(2)活塞式內燃機理想迴圈
對實際迴圈加以合理的抽象、概括和簡化：
1) 忽略實際過程中進、排氣閥的節流損失；進氣過 程與排氣過程互相抵消；認為廢氣與吸入的新鮮空 氣狀態相同；忽略噴入的油量，假設一定量的工質 在氣缸中進行封閉迴圈。
2) 假定工質是化學成分不變、比熱容為常數的理想 氣體—空氣。 3)忽略工質、活塞、氣缸壁之間的熱交換及摩擦阻 力，認為工質的膨脹和壓縮過程是可逆絕熱的。
31
第六章小結
(1) 掌握朗肯迴圈的工作過程。
(2) 瞭解朗肯迴圈效率的影響因素及提高迴圈 效率的途徑。 (3) 瞭解活塞式內燃機的迴圈工作過程、三種 理想迴圈的構成及影響迴圈熱效率的主要因素。
32
T1 1
由可逆定容過程2－3得 ：
T3
p3 p2
T2
T1 1
由可逆定壓過程3－4得 ：
T4
v4 v3
T3
T1 1
1
由可逆絕熱過程4－5得
：
T5
v4 v5
T4 T1
23
將各點溫度代入迴圈熱 效率運算式：
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
1
1
1
1
1
由上式可見，混合加熱迴圈的熱效率與多種
11
（2）回熱迴圈
回熱迴圈提高了吸熱平均溫度，提高了迴圈熱 效率。抽汽量的大小根據品質守恆和能量守恆確定， 應使kg抽汽所放出的熱量等於(1-)kg凝結水加 熱到抽汽壓力下的飽和溫度。
12
根據熱力學第一定律，回熱加熱器中的能
量平衡式為
(h7 h9) (1)(h9 h4)