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第10章动力循环及制冷循环

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精彩文档 第10章 动力循环及制冷循环

10．1本章基本要求

1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。

2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。

3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。

10．2 例题

例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t=550C0，1p=30bar，2p=0.05bar。试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4)

循环净功， 5) 循环热效率。

解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值：

1h=3568.6KJ/kg 1s=7.3752kJ/kgK

2h=2236kJ/kg 2s=7.3752kJ/kgK

3h=137.8kJ /kg 3s=0.4762kJ/kgK

4h=140.9kJ/kg

则 1) 水泵所消耗的功量为

34hhwp=140.9-137.78=3.1kJ/kg

2) 汽轮机作功量

21hhwt=3568.6-2236=1332.6kJ/kg

3) 汽轮机出口蒸汽干度

2p=0.05bar时的'2s=0.4762kJ/kgK "2s=8.3952kJ/kgK.

则 '2"2'22ssssx0.87

或查h-s图可得 x=0.87. 实用标准文案

精彩文档 4) 循环净功

pTwww0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg

5) 循环热效率

411hhq =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg

故 10qwT =0.39=39%

（i）p3a=6.867bar，t3a=490℃ 水泵的功8.0)(12ppvwap

=0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg

wnet=923.57-0.846=922.72kJ/kg

(ii) p3b=58.86 bar，t3b=490℃

水泵的功8.0)(12ppvwbp

=0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg

wnet=1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg

例2：在一理想再热循环中，蒸汽在68.67bar、400℃下进入高压汽轮机，在膨胀至9.81bar后，将此蒸汽定压下再热至400℃，然后此蒸汽在低压汽轮机中膨胀至0.0981bar，对每公斤蒸汽求下列各值：（1）高压和低压汽轮机输出的等熵功；（2）给水泵的等熵压缩功；（3）循环热效率；（4）蒸汽消耗率。

解：参考图10.2理想再热循环的T-s图。

在状态点3的压力p3=68.67bar，温度t3=400℃。

从水蒸汽表查得h3=3157.26kJ/kg·K，s3=6.455kJ/kg·K，v3=0.04084m3/kg。

从点3等熵膨胀至43，p4=9.81bar，从h-s图查得h4s=2713.05kJ/kg。 图10.1 朗肯循环的T-s图 图10.2 理想再热循环的T-s图 sT58.86bar6.867bar12a2b3b3a4s4sba Ts2'136'64' 实用标准文案

精彩文档 在点5的压力p5=9.81bar，温度ts=400℃，从水蒸汽表查得h5=3263.61kJ/kg,

v5=0.3126m3/kg。从点5等熵膨胀至6s，6s点的压力p6s=0.0981bar，从h-s图查得h6s=2369.76kJ/kg。在状态点1，压力p1=0.0981bar，液体的焓h1=190.29kJ/kg，液体的比容v1=0.001m3/kg。

（1）高压汽轮机输出的等熵功；

wt(h)=h3-h4s=3157.26-2713.05=444.21 kJ/kg

低压汽轮机的输出功：

wt(L)=hs-h6s=3263.61-2369.76=893.88 kJ/kg

(2)假设液体的比容保持常数，给水泵的等熵压缩功为：

wp=v(p2s-p1)=0.001(6867-9.81)=6.857kJ/kg

(3)循环的热效率：

%9.37379.056.5501.2960857.688.89321.444)()()()()(4533126543sssssthhhhhhhhhhh

（4）蒸汽耗率70.222.133136003600netwkg/kW·h

4点的状态参数p4=37.278bar，t4=400℃，从水蒸汽表查得h4=3215.46kJ/kg。显然，由于汽轮机背压p2的提高使背压式蒸汽发电厂的循环热效率低于凝汽式蒸汽发电厂的循环热效率。但从能量利用的角度来看，背压循环的“能量利用系数”K又比凝汽循环高。

工质从热源得到的能量已被利用的能量K

凝汽循环

409.01qwK

背压循环（理想情况下）

112qqwK

实际上由于各种热损失和电、热负荷之间的不协调，一般K=0.7左右。

例3：某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370℃,汽轮实用标准文案

精彩文档 机出口蒸汽参数为p2=0.08bar的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：（1）汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率；（2）汽轮机的最大有用功量、熵效率；（3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较。

解：先将所研究的循环表示在h-s图（图10.3）上，然后根据已知参数在水蒸气图表上查出有关参数：

h1=3194.7kJ/kg

s1=7.2244kJ/(kg·K)

1.2577222hhh kJ/kg

2295.8222sss kJ/(kg·K)

9.1732h kJ/kg

5926.02s kJ/(kg·K)

kgkJhhxhh/9.2259)9.17325771(8684.09.173)(22222

(1)汽轮机的实际功量

w12=h1-h2=3194.7-2577.1=617.6 kJ/kg

汽轮机的理想功量

8.9349.22597.31942121hhw kJ/kg

汽轮机的相对内效率

661.08.9346.6172112wwri

（2）汽轮机的最大有用功和熵效率

汽轮机的最大有用功

kgkJsThsTheewxxn/1.912)2295.22931.2577()2244.72937.3194()()(20210131max

汽轮机的熵效率 8684.05926.02295.85926.02244.722222ssssxshh1rP112'12h-hrh1--1hrhsr1-s图10.3 实用标准文案

精彩文档 677.01.9126.617max123nxww

（3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较

计算结果表明，汽轮机的对内效率ri小于熵效率exo。因为这两个效率没有直接联系，它们表明汽轮机完善性的依据是不同的。

汽轮机的相对内效率ri是衡量汽轮机在给定环境中，工质从状态可逆绝热地过渡到状态2所完成的最大有用功量（即两状态熵的差值）利用的程度，即实际作功量与最大有用功量的比值。

由图10.3可见，汽轮机内工质实现的不可逆过程1-2，可由定熵过程1-2’和可逆的定压定温加热过程2’-2两个过程来实现。定熵过程1-2’的作功量为

8.9342121hhwkJ/kg

在可逆的定压定温加热过程2′-2中，使x2′=0.8684的湿蒸汽经加热变为相同压力下的干饱和蒸汽，其所需热量为q2=h2-h2′。因为加热过程是可逆的，故可以想象用一可逆热泵从环境（T0=293K）向干饱和蒸汽（T2=314.7K）放热。热泵消耗的功量为

w2′2=q2-T07.22)()(2202222ssThhTqkJ/kg。

故1-2过程的最大有用功为

1.9127.228.9342221maxwwwnkJ/kg

与前面计算结果相同。

显见，ri与ex的差别为

2112wwri

而 222112max12wwwwwnex

例4 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1）1公斤工质的制冷量q0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。

解 参考图10.4所示：

（1）1公斤工质的制冷量q0 实用标准文案

精彩文档 从1gp-h图查得：h1=147kcal/kg,h5=109kcal/kg,

q0=h1-h5=147-109=38 kcal/kg

该装置产生的制冷量为20冷吨（我国1冷吨等于3300kcal/h）

(2)循环制冷的剂量m

(a) (b)

图10.4

38330020)(05100mmqhhmmqQ

∴8.173638330020mkg/h

(3)压缩机所消耗的功及功率

5.111475.15812hhwkcal/kg

2.199735.118.1736mwWkcal/h

22.238602.19973thN kW

(4)循环制冷系数

3.35.113800wqWQ

（5）冷凝器热负荷QK

因h4=hs,Qk=mqk=m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h

10．3 思考及练习题

1．各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行计算，但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。这和卡诺定hlgp蒸发器电动机冷凝器124512345s=0

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第十章蒸汽动力循环

第十章蒸汽动力循环

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。

热力学循环过程

热力学循环过程

热力学循环过程

热力学循环过程

热力学循环是指在一定的温度范围内，通过一系列的热力学变化，使得系统从一个状态回到相同的状态的过程。在工程领域中，热力学循环被广泛应用于各种能源转换和动力系统中。本文将对热力学循环过程进行详细介绍。

一、理想气体循环

1.卡诺循环

卡诺循环是理想气体循环中最常见的一种。它由四个步骤组成：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。其中，等温膨胀和等温压缩是在高温和低温下进行的，而绝热膨胀和绝热压缩则是在两个恒温储存器之间进行的。

2.斯特林循环

斯特林循环也是一种理想气体循环。它由两个等量的等温膨胀和两个等量的等温压缩组成。与卡诺循环不同的是，在斯特林循环中，气体是通过活塞进行往复运动的。

二、汽车循环

汽车循环是指内燃机中的热力学循环过程。它分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。其中，进气和排气是通过活塞进行的，而压缩和燃烧则是通过发动机的缸体完成的。

三、蒸汽动力循环

蒸汽动力循环是指利用水蒸气驱动涡轮机或活塞发电的过程。它由四个主要步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。其中，加热和冷却是通过锅炉完成的，而膨胀和压缩则是通过涡轮机或活塞完成的。

四、制冷循环

制冷循环是指将低温物体中的热量传递到高温物体中以使其降温的过程。它由四个主要步骤组成：压缩、冷凝、膨胀和蒸发。其中，压缩和冷凝是通过制冷机完成的，而膨胀和蒸发则是通过制冷剂完成的。

五、混合流体循环

混合流体循环是指将两种或多种不同的流体混合在一起，使它们共同进行热力学循环的过程。它由四个主要步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。其中，加热和冷却是通过换热器完成的，而膨胀和压缩则是通过涡轮机或活塞完成的。

六、结论

总之，热力学循环过程在工程领域中有着广泛的应用。不同类型的循环过程有着不同的特点和适用范围。了解这些循环过程对于设计和优化能源转换和动力系统非常重要。

第十三章第四节热机效率及环境保护

第十三章第四节热机效率及环境保护

第四节热机效率和环境保护

课题 第四节热机效率和环境保护 课型 新授 授课人 梁茂虎 课时 2

单元背景 单元学习概述

本节包括三部内容，燃料及其热值、热机的效率和环境的保护。

“燃料及其热值”这部分内容是通过学生能从生活中体会到不同燃料燃烧释放内能的本领不同建立的。知道热值单位，会查热值表，并知其物理意义。

“热机效率”这部分内容安排了燃料燃烧能量走向示意图得出的热机的效率。通过引导学生讨论：如何提高热机的效率。结论的得出体现了物理知识来源于实践的思想。

“环境保护”这部分内容主要讲述，热机为人类的发展做出了重大贡献的同时，也带来了许多环境污染问题，初步认识到科学及相关技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响。

学情分析 通过列举日常生活中的燃料使用，学生应该认识到不同燃料的热值是不同的；根据热值的定义及第二节的根据比热容计算热量的经验，学生能学会根据热值进行计算燃料放热多少；对于热机的效率，学生来自生活的经验和体验是很多的，在部分男同学的带动下，大多数学生也会受到触动而更多的关注技术、关注社会的发展。

教学目标 知识与技能 1、建立热值概念。知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。

2、了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。

过程与方法 通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的负面影响。

情感态度与价值观 了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能够简述热机使用产生的排放物对环境的不良影响，培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感。

重点 燃料的热值、热机效率以及学生环保意识的培养。

难点 热机效率的理解和环境保护。

教法 阅读法、交流讨论、多媒体展示等

教具 酒精、煤油、多媒体课件等

教学过程

学习活动 学生活动 教师活动（含学法指导） 设计意图

2016届热力环流巩固练习(2016年9月)

2016届热力环流巩固练习(2016年9月)

2016届必修1第二章地球大气巩固练习——热力环流

2016届高三地理备课组

试卷第1页，总16页2015年9月16日 2016届高三地理巩固练习——热力环流

编写：胡露茹 审稿：2016届高三地理备课组

1、大气运动的能量来源是

A.地面辐射 B.大气辐射 C.太阳辐射 D.大气逆辐射

2、形成风的直接原因是

A.地球引力 B.太阳辐射能 C.水平气压梯度力 D.地转偏向力

3、关于热力环流的说法，正确的是

A.指空气的垂直运动 B.指空气水平运动

C.是大气运动的最简单形式 D.是高低纬度之间的大气运动形式

4、关于热力环流正确的叙述是

A.冷的地方近地面形成低压，高空形成高压 B.热力环流是由于冷热不均引起的

C.空气遇冷使空气膨胀上升 D.气流在垂直方向上总是由高压指向低压

读热力环流示意图，完成5-6题。

5、下列关于热力环流的叙述正确的是：

A、先有大气的水平运动然后才有大所的垂直运动

B 、A地为低压，B地为高压，所以B地的气压高于A地

C、由热力作用引起的山谷风不属于大气环流

D 、D地的高压是由动力作用而形成的

6、如果A地为城市市区，D地为郊区，则箭头①对A地的影响叙述正确的是：

A 、增加了A地的大气污染状况 B、增加了A地的气温

C、直接加大了A地的地表径流 D、增加了A地的空气湿度

7．若右图表示热力环流形势，则a处与b处的气压(P)和气温(T)大小关系正确的是

A．Pa>Pb；Ta>Tb

B．Pa

C．PaTb

D．Pa>Pb；Ta

右下图是一个长、宽、高分别是1.2米、0.3米、0.5米且六面都封闭的透明玻璃柜，底面两侧分别放置一个200W电炉（有导线连到柜外）和一盆冰块。分别在玻璃柜顶部和下部悬垂纸条M、N（如图所示）。电炉通电一段时间后，根据纸片M、N的偏动情况，可以模拟某一地理过程。据此回答8-9题。