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。
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第十章 蒸汽动力循环及汽轮机基础知识
10.1 蒸汽动力循环
核电站二回路系统的功能是将一回路系统产生的热能（高温、高压饱和蒸汽）通过汽轮机安全、经济地转换为汽轮机转子的动能（机械能），并带动发电机将动能转换为电能，最终经电网输送给用户。
热能转换为机械能是通过蒸汽动力循环完成的。蒸汽动力循环是指以蒸汽作为工质的动力循环，它由若干个热力过程组成。而热力过程是指热力系统状态连续发生变化的过程。工质则是指实现热能和机械能相互转换的媒介物质，其在某一瞬间所表现出来的宏观物理状态称为该工质的热力状态。工质从一个热力状态开始，经历若干个热力过程（吸热过程、膨胀过程、放热过程、压缩过程）后又恢复到其初始状态就构成了一个动力循环，如此周而复始实现连续的能量转换。核电厂二回路基本的工作原理如图10.1所示。
节约能源、实现持续发展是当今世界的主流。如何提高能源的转换率也是当今工程热力学所研究的重要课题。电厂蒸汽动力循环也发展出如卡诺循环、朗肯循环、再热循环、回热循环等几种循环形式。
10.1.1 蒸汽动力循环形式简介
1.卡诺循环
卡诺循环是由二个等温过程和二个绝热过程组成的可逆循环，表示在温熵（T－S）图中，如图10.2所示。图中，
A-B代表工质绝热压缩过程，过程中工质的温度由T2升到T1，以便于从热源实现等温传热；
B-C代表工质等温吸热过程，工质在温度凝 结 水
水 蒸 汽
蒸汽推动汽轮机做功，将蒸汽热能转换成汽轮机动能；继而汽轮机带动发电机发电。 凝结水从蒸汽发生器内吸收一回路冷却剂的热量变成蒸汽 热力循环
图10.1核电厂二回路基本的工作原理
T1 C B
A D
S T
T2
图10.2 卡诺循环 T1下从同温度热源吸收热量；
C-D代表工质绝热膨胀过程，过程中工质的温度由T1降到T2，以便于向冷源实现等温传热
D-A代表工质等温放热过程，工质在温度T2下向等温度冷源放出热量，同时工质恢复到其初始状态，并开始下一个循环。
1 1. 第一章 基本概念及定义
2. 热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能所得到动力的整套设备（包括辅助设备）统称热能动力装置。
3. 工质：热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质，能量的转换都是通过工质状态的变化实现的。
4. 高温热源：工质从中吸取热能的物系叫热源，或称高温热源。
5. 低温热源：接受工质排出热能的物系叫冷源，或称低温热源。
6. 热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
7. 闭口系统：如果热力系统与外界只有能量交换而无物质交换，则称该系统为闭口系统。（系统质量不变）
8. 开口系统：如果热力系统与外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称该系统为开口系统。（系统体积不变）
9. 绝热系统：如果热力系统和外界间无热量交换时称为绝热系统。（无论开口、闭口系统，只要没有热量越过边界）
10. 孤立系统：如果热力系统和外界既无能量交换又无物质交换时，则称该系统为孤立系统。
11. 表压力：工质的绝对压力>大气压力时，压力计测得的差数。
12. 真空度：工质的绝对压力
13. 平衡状态：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态。充要条件是同时到达热平衡和力平衡。
14. 稳定状态：系统参数不随时间改变。（稳定未必平衡）
15. 准平衡过程(准静态过程)：过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破环后自动恢复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就称为准平衡过程。它是无限接近于平衡状态的过程。
16. 可逆过程：完成某一过程后，工质沿相同的路径逆行回复到原来的状态，并使相互作用所涉及的外界亦回复到原来的状态，而不留下任何改变。可逆过程=准平衡过程+没有耗散效应（因摩擦机械能转变成热的现象）。
17. 准平衡与可逆区别：准平衡过程只着眼工质内部平衡;可逆过程是分析工质与外界作用产生的总效果，不仅要求工质内部平衡，还要求工质与外界作用可以无条件逆复。
动 力 循 环
一、动力循环的分析方法
1．热力学第一定律分析方法（以热效率t为指标）：
热力学第一定律效率=投入系统的能量有效利用的能量
动力循环 QWt
121212111TTSTSTQQQWt （STdST）
理想
121TTC
循环完善性
充满系数=ABCDAabcda面积面积对应卡诺循环功量实际循环功量
2．热力学第二定律分析方法（以火用效率ex为指标）：
热力学第二定律效率=投入系统的可用能有效利用的可用能
动力循环
sup,xtexEW 或
sup,,0sup,11xigxiexESTEI S T
1T 2T 1T
2T D A B
C c a b
d sup,xE核算起点不同，可有两种结果：
① 以投入的燃料的化学能为起点
QEEFxx,sup,
② 以释放热量的可用能为起点
TTQEEQxx0,sup,1
两种分析法，一个考虑能量的“数量”，一个考虑能量的“质量”。各有侧重，相辅相成，不可偏废。两者的结合才能全面反映能量的经济性。
如书上本章*10-6 对蒸气动力循环的火用分析，
用热一律分析： 乏汽排热能量损耗最大，冷凝器散热损失约占总热量的54.26%，
但因放热温度低，火用损失并不大，约占总火用的2.22%；
用热二律分析：锅炉的燃烧与传热火用损失最大，约占总火用的58.91% /35.84%；但其热损失仅为10%。
13 蒸汽动力循环
13.1 朗肯循环
根据热力学第二定律，在一定温度范围内卡诺循环的效率最高。
如果采用气体作为工质，则很难实现卡诺循环中的等温吸热和等温放热这两个过程。
然而我们已经知道，在湿蒸汽区内，蒸汽的吸热和放热都是等温过程，同时也是等压过程。因此如果以饱和蒸汽作为工质，可以在蒸汽的湿蒸汽区内实现卡诺循环。图13-1给出了饱和蒸汽卡诺循环的T－s图。等温吸热过程4-1为在锅炉中的定压吸热过程；等温放热过程2-3T
