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6.2蒸汽动力循环与制冷循环

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9.第七章 蒸汽动力循环和制冷循环

9.第七章 蒸汽动力循环和制冷循环

水 泵
冷 凝 器
3
朗肯（Rankine）被后人誉为那个时代 的天才，他的初等教育基本是在父亲及 家庭教师的指导下完成的。进入爱丁堡 大学学习2 年后，他离校去做一名土木 工程师。1840 年后，他转而研究数学 物理，1848 ～1855 年间，他用大量精 力研究理论物理、热力学和应用力学。 1855 年后，Rankine 在格拉斯哥大学 担任土木工程和力学系主任。1853 年 当选为英国皇家学会会员。他一生论著 颇丰，共发表学术论文154 篇，并编写 了大量的教科书及手册，其中一些直到 现今还在作为标准教科书使用。 朗肯在热力学、流体力学 及土力学等 领域均有杰出的贡献。他建立的土压力 理论，至今仍在广泛应用。朗肯计算出 一个热力学循环(后称为朗肯循环)的热 效率，被作为是蒸汽动力发电厂性能的 对比标准。
锅炉
Condensor 冷凝器 2 – 3 表示乏汽在冷凝 器中的等温等压冷凝 过程，放出的热量。
水泵
汽轮机
冷凝器
Q2 H H 3 H 2 kJ / kg
能量分析
Pump 水泵
H Q Ws
锅炉
3 – 4 表示冷凝水通过 水泵由P3升压至P4的可逆 绝热压缩过程，需要消耗 的轴功
1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
实际Rankine循环
实际上，工质在汽轮机和水泵 中不可能是完全可逆的，即不 可能作等熵膨胀或等熵压缩。 T 2 2’ 4 4’ 这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
4’
1 4
3
S
2 2’
等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比。

化工热力学第七章 蒸汽动力循环和制冷循环

化工热力学第七章 蒸汽动力循环和制冷循环
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。 （流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的 能量，称为轴功Ws。）

H gZ u
2
Q Ws
§7.1 蒸汽动力循环
蒸汽动力循环原理
1
过 热 器 锅炉 透 平 机
蒸汽动力循环主要由水泵、锅 炉、透平机和冷凝器组成。
3 4水在水泵中被压缩升压。
1
1
1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
实际Rankine循环
实际上，工质在汽轮机和水泵 中不可能是完全可逆的，即不 T 可能作等熵膨胀或等熵压缩。 2 2’ 4 4’ 这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
4’
1 4
3
2 2’
S 等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比。
净功WN= IQ1（面积1ba41）-Q2（面积2ba32）I =面积12341
1
T
WN

4 3

2

Ql越大， Q2越小，做的净功 WN就越大。 Ql受锅炉中金属材料的极限的 限制，约550~600oC。 Q2受为环境温度的限制。
a
S
b
理想Rankine循环的热效率η 和气耗率SSC
评价动力循环的指标：热效率和气耗率。 1、热效率η ： 循环的净功与工热蒸汽）
P1 40 105 Pa T1 440o C H 1 3307 .kJ / kg S1 6.9041 kJ / kg / K
2点(湿蒸汽)
P2 0.04 105 Pa S2 S1 6.9041 kJ / kg / K
5）泵消耗的理论功率NP.

第六章—热力循环

第六章—热力循环

● 实际生产中并不采用蒸汽卡诺循环
◆ 卡诺循环的4个过程，前3个过程可近似实现，但绝热 压缩（c－5）过程较难实现，因为这一过程中工质为
汽液混合物，缺少合适的设备；
◆ 定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利； ◆ 蒸汽的比体积比水大上千倍，压缩时体积变化大—— 设备庞大，功耗大； ◆ 蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸汽区，上限温度受限于临界 温度（374.15℃），因此热效率不高，每循环完成的 功也不大。
低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参数
汽轮机 进汽压力 （MPa）
汽轮机进 汽温度℃ 发电功率 kW
1.3
3.5
9.0
13.5
16.5
340 1500～ 3000
435 6000～ 25000
535
550，535
550，535
5～10万
12.5万， 20万，30万， 20万 60万
6.1.2.4 实际循环
朗肯循环中有两个定压非定温吸热过程：
4-5 定压下将过冷水加热至沸腾的饱和水；
6-1 定压下将饱和水蒸汽加热至过热状态。 这两个过程都存在较大的传热温差，是造成循 环效率低的主要原因。为了提高效率，工程实际中 常对朗肯循环进行改进，采用回热循环和再热循环。
6.1.3.1 回热循环
上述理想的回热循环是难以实现的。首先锅 炉给水在汽轮机中被加热到沸腾很难控制（4～ 5）；其次，膨胀终点 d 的干度太小，对汽轮机工 作不利。实际上采用抽汽回热循环。
● 乏汽压力
p2
◆ 在p1，t1不变的前提下， 降低p2，效率提高 ◆ p2降低，干度下降 ◆ 乏汽压力取决于冷凝器的冷凝温度，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。

化工热力学习题及答案第五章蒸汽动力循环和制冷循环

化工热力学习题及答案第五章蒸汽动力循环和制冷循环

第五章 蒸汽动力循环和制冷循环5-3设有一台锅炉，每小时产生压力为2.5MPa ,温度为350C 的水蒸汽4.5吨，锅炉的给水温度为30C,给水压力2.5MPa 。

已知锅炉效率为70%,锅炉效率: 如果该锅炉耗用的燃料为煤，每公斤煤的发热量为 29260J • kg -1，求该锅炉每小时的耗煤量。

2.5MPa 40 C H 2OH 169.77kJ kg内插得到 2.5MPa 30C H 2O H 169.7：86.3l28.04kJ kg查水蒸汽表2.0MPa 320 C H 2O H 3069.5kJ kg 1锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:出口压力P 1 0.008MPa 。

如果忽略所有过程的不可逆损失，试求： （1 ）汽轮机出口乏气 的干度与汽轮机的作功量；（2）水泵消耗的功量；（3）循环所作出的净功；（4）循环热效率。

解：朗肯循环在 T —S 图上表示如下:1点（过热蒸汽）性质：p 1 6MPa , t 1 540 C ,解：查水蒸汽表2.5MPa 20 C H 2O H 86.3kJ kg 锅炉每小时耗煤量：mcoal13490235658.6kg h 10.7 292601(3125.87 128.04) 31490235kJ hQ m H 2O H(H 2 H 1)4.5 1035- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力5 6MPa ，温度t 1 540 C ，汽轮机蒸汽吸收的热量 染料可提供的热量内插得到2.0MPa 查水蒸汽表内插得到3.0MPa 内插得到2.5MPa2.0MPa 360 C H 2O350 C H 2OH3.0MPa 320 C H 2O 3.0MPa 360 C H 2O350 C H 2O H 350 C H 2OHH 3159.3kJ 3159.3 3069.540 H 3043.4kJ H 3138.7kJ 3138.7 3043.4kg30 kg kg403114.88 3136.8530 3069.5 3043.4 3125.87kJ 3136.85kJ 3114.88kJkg 1kg 1 kg 12点(湿蒸汽)性质:S g 8.2287kJ kg 1V l 1.0084 cm 3g 11-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程,S 2 S 1 6.9999kJ kg 1 K 12点汽液混合物熵值:循环热效率旦 1326・9 6.°420.3958H 4 3517.0 179.922(2)乏气的干度；(3)循环的气耗率；(4 )循环的热效率； (5)分析以上计算的结果。

化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环

化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环

31
(2) T-S图法
TH T2 T1
T 等H线 T1
P1 P2
T2
S (3) 利用经验公式估算
对于空气，当压力变化不太大时，不考虑温度的
影响，可直接按下式近似估算：
TH 0.29( p2
p1
)
273 T1
2
式中：压力单位为大气压atm，温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体，其表达式不同。
图读取ΔTS
T2
P1 P2
S 37
④ 用等焓节流效应计算
s
J
V Cp
Ts
p2
J dp
p1
V p2 dp
C p1 p
若Cp=const
1 p2
Ts
TH
Cp
V dp
p1
38
2.不可逆对外做功的绝热膨胀
对活塞式膨胀机
➢ 当t<30℃
ηs=0.65
➢ 当t>30℃ ηs=0.7～0.75
T 1
3
卡诺循环产功 很大，但难于实现， 问题在于：
（1）湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用，汽轮机带水量 不 得 超 过 10% ， 水 泵 不能带入蒸汽进泵；
（2）绝热可逆 过程实际上难以实现 。
第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是朗肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
dH H dT H dP T P P T
dH 0
H
T P T
P H
H
T P
25
H T
P
Cp

蒸汽动力循环的四个主要过程

蒸汽动力循环的四个主要过程

蒸汽动力循环的四个主要过程一、蒸汽动力循环介绍蒸汽动力循环是一种常见的热力学循环，广泛应用于电力、化工、航空等领域。

它利用热能将水转化为蒸汽，再通过蒸汽的膨胀和冷凝来实现能量的转化和利用。

蒸汽动力循环主要由四个过程组成，分别是压缩、加热、膨胀和冷凝，下面将分别对这四个过程进行详细介绍。

二、压缩过程压缩过程是蒸汽动力循环的第一个过程，其目的是将低压的蒸汽压缩为高压蒸汽。

在这个过程中，蒸汽从锅炉中进入压缩机，通过压缩机的工作，蒸汽的温度和压力都得到了提高。

压缩机通常采用离心式或轴流式，通过叶片的旋转来增加蒸汽的压力。

这样可以提高蒸汽的能量，为后续的加热和膨胀过程提供条件。

三、加热过程加热过程是蒸汽动力循环的第二个过程，其目的是将高压蒸汽加热至高温高压。

在这个过程中，高压蒸汽从压缩机出口进入锅炉，在锅炉中与燃料进行热交换，吸收燃料燃烧释放的热能。

经过加热，蒸汽的温度和压力进一步提高，成为高温高压蒸汽。

加热过程通常采用燃烧室或燃烧锅炉，通过燃料的燃烧来提供热能。

这样可以增加蒸汽的能量，为后续的膨胀和冷凝过程提供动力。

四、膨胀过程膨胀过程是蒸汽动力循环的第三个过程，其目的是将高温高压蒸汽的热能转化为机械能。

在这个过程中，高温高压蒸汽从锅炉出口进入膨胀机，通过膨胀机的工作，蒸汽的压力和温度都得到了降低。

膨胀机通常采用汽轮机或透平机，通过蒸汽的膨胀来驱动转子旋转，从而产生机械能。

这样可以将蒸汽的热能转化为机械能，为后续的发电或其他工作提供动力。

五、冷凝过程冷凝过程是蒸汽动力循环的最后一个过程，其目的是将膨胀后的低温低压蒸汽再次液化。

在这个过程中，膨胀后的低温低压蒸汽从膨胀机出口进入冷凝器，通过冷凝器的工作，蒸汽的温度和压力都得到了降低。

冷凝器通常采用冷却水或制冷剂，通过与蒸汽的热交换来将蒸汽冷却至液态。

这样可以将蒸汽的热能再次转化为冷却介质的热能，为后续的循环提供条件。

六、总结蒸汽动力循环是一种重要的能量转化和利用方式，通过四个主要过程实现了热能向机械能的转化。

表或计算2单级压缩TS图


等熵效率ηs
hs =
- Ws ' = - Ws
H1 H1 -
H2 ' H2
（6-8）
实际Rankine循环热效率
h = - (Ws + Wp ) = (H1 - H2 ') + (H3 - H4 ) = H1 - H2 ' （6-9）
Q1
H1 - H4
H1 - H4
6.1 蒸汽动力循环
例6-1 某一理想的Rankine循外，锅炉的压 力为4MPa，产生440℃过热蒸汽,汽轮机出口 压力为0.004MPa,蒸汽流量60t/h,求
高温的过热蒸汽1。
（2）膨胀作功：过热蒸汽1 在透平膨胀
机中经绝热可逆膨胀，成为低温低压的湿蒸
汽2（工程上习惯称乏气），同时对外作功。
（3）低温放热：膨胀后的乏气在冷凝器 中放热冷凝，成为饱和水3，冷凝放出的热
6.1 蒸汽动力循环
3. 理想Rankine循环过程能量平衡方程
1—2过程：气轮机中工质作等熵膨胀
6.1 蒸汽动力循环
3点（饱和液体） ： p3=4kPa H3= Hl =121. 46 kJ/kg
S3=Sl=0.4226kJ/(kg·K)
4点（未饱和水）
方法1
H4=H3+Wp=H3+V(p4-p3)
= 121.46+0.001004× (4000-
t4)=125.52.k5MJ/Pkag
蒸汽动力循环：
以水蒸汽为工质，将热能连续不断转
换成机械能的热力循环。主要为如各种热机。
大型化工厂、火力发电厂，为全厂提
供动力、共热及供应工艺用蒸汽。
制冷循环：
6.1 蒸汽动力循环

化工热力学第六章 蒸汽动力循环与制冷循环


WS=(1-)(H3- H2)+(H2-H1)
6.1 蒸汽动力循环
ws 热效率 QH ws Qh 能量利用参数 QH
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 膨胀过程 6.3 制冷循环
6.2 膨胀过程
膨胀过程在实际当中经常遇到，如：高压流 体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等 设备或装置所经历的过程，都是膨胀过程。 下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨 论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀 过程及其所产生的温度效应
⑵H1升高，因为水不可压缩耗功很少，一般 可忽略不计，但H1增加，必须使P1、t1增加， P1太大会使设计的强度出现问题，从而使制 造成本增加，提高效率的收益，并不一定 能弥补成本提高的花费。
6.1 蒸汽动力循环
卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等 熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中，等温 放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基 本上能够与卡诺循环相符合，差别最大的 过程是吸热过程。现在主要问题是如何能 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效 率。显然改造不等温吸热是提高热效率的 关键，由此提出了蒸汽的再热循环和回热 循环。
6.1 蒸汽动力循环
1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环 2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图 3）朗肯循环 4）提高朗肯循环热效率的措施 5）应用举例
6.1 蒸汽动力循环
4）提高朗肯循环热效率的措施
要提高朗肯循环的热效率，首先必须找出影响热 效率的主要因素，从热效率的定义来看
对卡诺循环 对朗肯循环
ws TL c 1 QH TH
H ( )T P H ( )p T
H ( ) P CP T
6.2 膨胀过程
H ( )T T J ( ) H P P CP

化工热力学6Chapter6蒸汽动力循环与制冷循环(New)

度下降,故压力一般不单独提高,通常乏汽干度≮88%,为安全起见,最好为饱 和蒸汽。
3.分析举例
Chapter 6.蒸汽动力循环与制冷循环 §6.1蒸汽动力循环
五、提高Rankine循环热效率的主要措施 (一)提高蒸汽的初参数即温度和压力 (二)提高冷凝器效率和尽可能降低冷却水的温度以便尽可能降低 乏汽压力 1.原理 （1）提高冷凝器效率目的是缩小工质与冷却水之间的传热温差 即缩小了传热推动力； （2）降低冷却水的温度的目的是在传热推动力不变的情况下降 低乏汽压力 2.限制 （1）冷凝器效率提高受冷凝器传热面积的限制即冷凝器投资的 限制； （2）冷却水的温度的降低受季节和地理位置的限制 (三)利用其它低温余热预热锅炉给水即提高锅炉进口的水温 原理：缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差
6．汽耗率 SSC=m/N=60103/(2.045410466.87)=2.943 kg/(kWh)
10
1．例5-8 1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平机作功，并在 0.0687MPa下排出。此透平机既不可逆也不绝热，输出的轴 功相当于可逆绝热膨胀功的85%。由于隔热不好，每kg蒸汽 有7.12kJ的热量散失于20℃的环境。此过程的理想功、损失 功和热力学效率。
四、计算举例
例 题 6-1(P135~137) 某 蒸 汽 动 力 循 环 按 朗 肯 循 环 工 作 , 锅 炉 压 力 为 4MPa, 产 生 440℃的过热蒸汽,乏汽压力为4kPa,蒸汽流量60吨/时，试按理想朗肯循环计 算①乏汽的干度;②汽轮机的理论功率;③水在锅炉中吸收的热;④水泵的理论 功率;⑤乏汽在冷凝器中放出的热;⑥循环的热效率;⑦循环的汽耗率。
NTid=m(h1h2)/3600=60103(3307.12079.87)/3600=2.0454104 kW 4．泵功率 NP=m(h4h3)/3600=60103(125.472121.46)/3600=66.87 kW

第8章 蒸汽动力循环与制冷循环2


8.4.1 逆向 逆向Carnot循环 循环
QH
冷凝器
T 2
压缩机
3
p2 TH 3 2 p1 4 1 S
膨胀机
4
QL
蒸发器
1
TL
S4 S1 (a) 逆Carnot循环制冷示意图 循环制冷示意图 图 图8-11 逆Carnot循环制冷过程 (b) T-S图 循环制冷过程
循环的制冷系数ξ 循环的制冷系数 特点 Carnot循环的制冷系数 C取决于高温和低温热源的 温度
二.蒸汽压缩制冷循环
工作原理及T 1. 工作原理及T-S图 主要设备有: 主要设备有: 压缩机 冷凝器 膨胀机(节流阀) 膨胀机(节流阀) 蒸发器 四部分组成. 四部分组成. 4
1
气 轮 机
2
锅炉 冷 凝 器
4
水泵
3
P1T1的高压高温蒸汽进入 气轮机等熵膨胀到状态2 气轮机等熵膨胀到状态2, 同时对外做功, 同时对外做功,2点状态 为乏汽从汽轮机流出后进 入冷凝器, 入冷凝器,乏汽在冷凝器 中放出汽化潜热而变为该 压力下的饱和水, 压力下的饱和水,放出的 热量由冷却水带走, 热量由冷却水带走,达到 状态3 状态3,饱和水经水泵升 压到P1进入锅炉, P1进入锅炉 压到P1进入锅炉,在锅炉 吸收热量, 吸收热量,使工质变化到 状态1 完成一个循环. 状态1,完成一个循环.
重点内容
1)Rankine循环的热力学分析方法,热效率,气 循环的热力学分析方法,热效率, 循环的热力学分析方法 耗率的概念与计算,以及Rankine的改进方法 耗率的概念与计算,以及 的改进方法 . 2)了解 2)了解Otto循环和Diesel循环燃气循环和燃气轮 了解Otto循环和 循环和Diesel循环燃气循环和燃气轮 机过程分析; 机过程分析; 3) 逆Carnot循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组 循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组 制冷系数和单位工质循环量的计算; 成,制冷系数和单位工质循环量的计算; 4) 热泵的基本概念和在工业生产中的应用; 热泵的基本概念和在工业生产中的应用; 5)了解深冷循环,掌握空气液化及其计算方法. 了解深冷循环, 了解深冷循环 掌握空气液化及其计算方法.
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卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着 5 等压线变化
水 定压升温沸点 定温定压汽化饱和蒸汽 定压升温过热蒸汽
T
4 3
1 2 2’
S
1—2’ 对 应 于 汽 轮 机
2’—3 冷 凝 器 进 行 ，在冷凝器里冷却水把工 作介质的热量带走使其由 气体转变为液体。
3—4 水泵中进行 4—1 锅炉进行， 水在锅炉中恒压加热。
解题步骤： 关键在于求出循环产生的净功
W WS WSR, pump
13
对于透平
1 4
3 2 2’
绝热可逆（等熵）：
WSR H2 H1
实际过程（绝热不可逆）：
WS H2' H1
1—2，等熵过程：
S2 S1
S2 Sg x2 Sl (1 x2 )
6.2801 8.2287x2 0.5926(1 x2 )
由热力学第一定律：
H
1 2
c2
gZ
Q
WS
Q=0（来不及传热），
Ws=0（不做功）
朗肯循环的热效率为：
wN 1264.9 0.3965
q 3190.4
28
（2）已知透平的等熵效率为0.75
ws s wSR 0.75 (1273.6) 955.2kJ kg 1
因为， ws h2' h1
所以，
h2' h1 ws 3390.9 955.2 2435.7kJ kg 1
(1)此动力循环中蒸汽的质量流量; (2)汽轮机出口乏气的湿度; (3)循环的热效率.
10
例6-2 插图
t=320 ℃ 核 反 应 堆
4
1 汽轮机
锅
2 或2’
炉
冷
凝
器
3
T P1=7MPa t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
11
分析：由问题入手。
① 对于蒸汽的质量流量：
m
Np W
热量。
QL
QH
38
1 T
汽轮机
qH
锅 炉
4
WS
2
4
qL
3
3
1
2 S
39
（2） 抽汽式汽轮机联合供电供热循环
特点：
–① 工质部分供热，部分作功
–② 供热量与乏汽无关 –③ 热电循环效率
QH H1 H 7
QRH
QH
QRH H6 H 2
ws H2 H1 (1 ) H3 H2
34
1.再热循环
再热循环的热效率
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
T
8 7 6
1 P1 3 p2
2 p3
45
S
1
2
wsh+wsL 34
QR
H
结论： （1）η提高
（2）乏汽湿含量减少，干度增加。
35
2.回热循环 1
1kg
T
αkg
(1-α)kg
ห้องสมุดไป่ตู้
1
2’
2
水
6
αkg
2’
5
(1-α)kg
6
3
4
3
2
5
4
S
36
回热循环的热效率：
ws wp QH QL 1 (1)(H3 H2)
QH
QH
H1 H6
抽气量α取回热器作能量衡算
H 2, H 5 (1 )H 5 H 4
H5 H 4
H 2, H 4
结论：
（1）减少了工作介质吸热过程的温差（不可逆），由TH-T4 减少到TH-T6
凝为饱和液态水，然后泵入锅炉。试求：（1）理想朗肯 循环的热效率；（2）已知透平和泵的等熵效率为0.75，试 求在上述条件下实际动力循环的热效率；（3）设计要求 实际动力循环输出的轴功率为80000kW，试求蒸汽的流量 以及锅炉和冷凝器的传热速率。
分析：
循环过程输出
W
Q
的净功 工质从高温热源
所吸收的热
（2）热效率提高，但设备成本提高。
37
3. 热电循环
分为两种： （1） 背压式汽轮机联合供电供热循环
特点： ① 冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质（不一定是冷
却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用； ② 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,大于
大气压力； ③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热用户的热量/输入的总
kJ S 1 kJ kg 1
② 汽轮机出口乏汽的湿度：
该汽轮机的额 定功率，已知
循环的净功， 待求
H2' Hg x2' Hl (1 x2' )
S2' Sg x2' Sl (1 x2' )
Hg、Hl、Sg、Sl可查水蒸汽 表获得，H2’、S2’待求。
12
③ 循环的热效率：
W
Q
循环的净功 吸收的热量
3
问题在于： （1）湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用，汽轮机带水量 不 得 超 过 10% ， 水 泵 不能带入蒸汽进泵； （2）绝热可逆 过程实际上难以实现 。
第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是郎肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
郎肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循环不同表现在
29
水泵耗功为：
wS , pump
wSR, pump
s
8.676 0.75
11.57
因为， wS , pump h4' h3
所以：
h4' h3 wS, pump 191.8311.57 203.4kJ kg1 30
锅炉吸收的热量为：
qH h1 h4' 3390.9 203.4 3187.5kJ kg 1
4. 应用举例
[P176-177 例7-1～7-2]例6-1自看
例6-2 某核动力循环如图所示，锅炉从温度为320℃ 的核反应堆 吸入热量Q1产生压力为7MPa、温度为360 ℃ 的过热蒸汽（点1）， 过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于0.008MPa压力下排出（点2），乏 气在冷凝器中向环境温度 t0=20 ℃ 下进行定压放热变为饱和水 （点3），然后经泵返回锅炉（点4）完成循环，已知汽轮机的额 定功率为15104 kW,汽轮机作不可逆的绝热膨胀,其等熵效率为 0.75,而水泵可认为作可逆绝热压缩,试求:
热效率 ws
QH
能量利用参数 ws Qh
QH
40
1
汽轮机
T
锅 炉
7
P’ 2 α 3 (1-α)kg
冷
热
凝
用
器
户
4
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
6
5
水泵 加热器
水泵
S
41
6.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀
一. 节流膨胀过程
高压流体经过节流阀后迅速膨胀到低压的过程称为节 流膨胀。
1. 特点：等焓过程
(5) 热效率
定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量
数学式：
ws wp H2 H1 H4 H3
QH
H1 H4
wp ws
ws
QH
8
(6) 汽耗率（SSC） 汽耗率：输出1kW·h的净功所消耗的蒸汽量。
SSC 3600 [kg / (kW h)] Ws
显然，热效率越高，汽耗率越低，表明热循环越 完善。
ws H12 H 2 H1
∵
s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
kJ/kg （理想）
∴ WS sWSR
7
(4) 水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H 3
kJ/kg
由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可按下列式近 似计算
wp vdp vp vp4 p3
第七章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
7.1 蒸汽动力循环
一. 蒸汽动力循环为正向卡诺循环 二. 蒸汽动力循环
1. 工作原理及T-S图
蒸汽动力循环的主要设备有：
透平机（汽轮机）
冷凝器
水泵
锅炉、过热器等组成
工作介质一般为水
2
锅炉
4
1
气 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 气轮机等熵膨胀到状态2， 同时对外做功，2点状态 为乏汽从汽轮机流出后进 入冷凝器，乏汽在冷凝器 中放出汽化潜热而变为该 压力下的饱和水，放出的 热量由冷却水带走，达到 状态3，饱和水经水泵升 压到P1进入锅炉，在锅炉 吸收热量，使工质变化到 状态1，完成一个循环。
19
m NP W
实际输出轴 功率
循环过程输出 的净功
锅炉和冷凝器的传热速率，即单位时间锅炉和冷凝器 所传递的热量。
QH qH m
QL qL m
20
解： 首先根据题意画出循环的T-S图。
21
从水蒸汽表可查得8600kPa，5000C的过热蒸汽的 h1=3390.9kJ·kg-1，s1=6.6858kJ·kg-1·K-1。 （1）过热蒸汽在透平中为等熵膨胀过程，因此：
23
s2 sg x2 sl (1 x2 )
x2=0.80467
同理：
h2 hg x2 hl (1 x2) 2117.3kJ kg1
透平等熵膨胀作出的可逆轴功为：
wSR h h2 h1 2117.3 3390.9