第8章 蒸汽动力循环与制冷循环共34页
化工热力学课件 华东理工大学 第8章 蒸汽动力循环与制冷循环
第8章蒸汽动力循环与制冷循环内容概要
将热能变为机械能必须通过循环才能完成，而组成循环的热力过程主要是在热力原动机中进行的。
根据所采用工质的不同，热力原动机循环分为两类：以蒸汽为工质的称为蒸汽动力循环，而以气体为工质的则称为气体循环。
其中以蒸汽动力循环最为主要，其研究对象不是原动机的结构与构件，而是工质所经历的状态及其变化过程。
制冷循环是一种逆向循环。
逆向循环的目的
在于把低温物体(热源)的热量转移到高温物体(热源)去。
根据Clausius对热力学第二定律的描
等效循环的平均吸热温度
点的压力高低
1-α1
Jetta柴油车
内燃机是一个敞开系统
每一个循环都要从外界吸入工质，循环结束时将废气排于外界
与蒸汽动力循环
适合使用汽油
不同
依靠压缩后的高温空气使燃料着火燃烧，使现代高速柴油机既有定压加热又有定容加热
高温环境
水、
低温环境
图8-16 制冷机与热泵。
热力学循环及其工程应用
热力学循环及其工程应用热力学循环是工程领域中常见的一种能量转换方式，它通过将热能转化为机械能或电能，实现能源的高效利用。
热力学循环的基本原理是基于热力学第一定律和第二定律，通过热源和冷源之间的温差来驱动工质的循环运动，从而实现能量的转换。
最常见的热力学循环包括蒸汽动力循环和气体轮机循环。
蒸汽动力循环是利用水蒸气在高温高压下的膨胀和冷凝过程来实现能量转换的循环。
而气体轮机循环则是利用气体在高温高压下的膨胀和压缩过程来实现能量转换的循环。
蒸汽动力循环是工程中最常见的一种热力学循环，广泛应用于发电厂和工业生产中。
它的基本原理是将水加热至高温高压状态，然后通过膨胀机械将水蒸气的热能转化为机械能，最后再将蒸汽冷凝为水，循环再次开始。
蒸汽动力循环的关键设备包括锅炉、汽轮机和冷凝器。
在蒸汽动力循环中，锅炉起着将水加热至高温高压状态的作用。
锅炉内部的燃烧过程释放出大量的热能，使水蒸气的温度和压力升高。
然后，高温高压的水蒸气进入汽轮机，通过膨胀机械将热能转化为机械能。
蒸汽在汽轮机内部的膨胀过程中，驱动涡轮转动，从而带动发电机发电。
最后，蒸汽进入冷凝器，通过冷凝器中的冷却介质将蒸汽冷凝为水，循环再次开始。
气体轮机循环是另一种常见的热力学循环，主要应用于航空航天和石油化工等领域。
与蒸汽动力循环不同的是，气体轮机循环中的工质是气体而不是水蒸气。
气体轮机循环的关键设备包括压气机、燃烧室和涡轮机。
在气体轮机循环中，压气机起着将空气压缩至高压状态的作用。
压缩后的空气进入燃烧室，在燃烧室中与燃料混合并燃烧，释放出大量的热能。
然后，高温高压的气体进入涡轮机，通过膨胀机械将热能转化为机械能。
涡轮机内部的涡轮叶片会被高速气流推动，从而带动飞机的推进器或者驱动其他设备工作。
除了蒸汽动力循环和气体轮机循环，还有许多其他类型的热力学循环被广泛应用于工程领域。
例如，吸附式制冷循环利用吸附剂在吸附和脱附过程中释放和吸收热量，实现制冷效果。
热泵循环则是将低温热量转移到高温热源，实现低温热能的提升。
热力学循环的应用与实践
热力学循环的应用与实践热力学循环是热力学与工程学的重要交叉领域，它涉及到能量转换和能量利用的过程。
在现代工业和生活中，几乎所有的能源转换设备都是基于热力学循环原理设计和构建的。
本文将探讨热力学循环在实际应用和实践中的重要性以及一些常见的热力学循环。
一、热力学循环的应用1. 蒸汽动力循环蒸汽动力循环是最常见的热力学循环之一，广泛应用于火力发电站和核电站等能源领域。
蒸汽动力循环的基本原理是通过燃烧燃料产生热能，将水转化为蒸汽，然后利用蒸汽推动汽轮机转动发电机，最后利用冷凝器将蒸汽重新冷凝成水循环利用。
2. 气体轮机循环气体轮机循环是一种基于气体膨胀和压缩的热力学循环，其典型代表是燃气轮机循环和制冷循环。
燃气轮机循环适用于飞机发动机、船舶动力装置以及一些工业领域的能量转换。
制冷循环则广泛应用于空调和制冷设备。
3. 制冷循环制冷循环是一种热力学循环，它可以将低温热量转移到高温区域，实现冷却效果。
制冷循环被广泛应用于食品加工、医药冷链、航空航天和低温科学研究等领域。
4. 有机朗肯循环有机朗肯循环是一种利用有机工质替代常规热力学循环中的水蒸汽来实现能量转换的循环方式。
有机朗肯循环广泛应用于地热发电、太阳能发电和工业余热回收等领域，具有更大的灵活性和适应性。
二、热力学循环的实践1. 提高能量利用效率通过对热力学循环原理的深入研究和实践，可以有效地提高能源转换设备的能量利用效率。
例如，通过优化蒸汽动力循环中的锅炉和汽轮机参数，可以提高火力发电站的发电效率，并减少对化石燃料的消耗。
类似地，对燃气轮机的循环效率进行改进，可以实现燃气轮机的高效率运行。
2. 减少环境污染热力学循环的实践还可以帮助减少环境污染。
通过安装脱硫装置和氮氧化物减排装置，可以降低火力发电厂中的二氧化硫和氮氧化物排放量。
同时，采用先进的燃气轮机循环和发动机技术，可以减少大气中的污染物排放，保护环境。
3. 推动新能源发展热力学循环在新能源领域的应用与实践对推动可持续发展具有重要意义。
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
化工热力学必考重点
y i——混合气体中某组分的摩尔数 混合气体中某组分的摩尔数
四、热量衡算
无轴功交换，只有热交换过程的能量衡算称为热衡算 无轴功交换，只有热交换过程的能量衡算称为热衡算 稳流过程的热量衡算的基本关系式： 稳流过程的热量衡算的基本关系式：
∆h = q
∆H = Q
J/kg
热量衡算时应将生产过程中各种可能热效应考虑进去。 热量衡算时应将生产过程中各种可能热效应考虑进去。 生产中的四种热效应： 生产中的四种热效应： 显热――物流的温度变化 ① 显热 物流的温度变化 潜热――物流的相变化 ② 潜热 物流的相变化 混合热效应――多股物流混合 ③ 混合热效应 多股物流混合 反应热效应――化学反应产生 ④ 反应热效应 化学反应产生
2. 有效能
定义：一定形式的能量，可逆变化到给定环 ⑴定义：一定形式的能量，可逆变化到给定环 境状态相平衡时 相平衡时， 境状态相平衡时，理论上所能作出的最大有用 功。 无效能：理论上不能转化为有用功的能量。 无效能：理论上不能转化为有用功的能量。 ⑵能量的表达形式
对高质能量 对僵态能量 对低质能量 能量＝ 能量＝有效能 僵态能量＝ 僵态能量＝无效能 低质能量＝有效能＋ 低质能量＝有效能＋无效能
理想气体节流前后温度不变 实际气体节流前后温度有三种变化可能， 实际气体节流前后温度有三种变化可能， µJ-T >0 表示节流膨胀后气体温度下降； 表示节流膨胀后气体温度下降； µJ-T <0 表示节流膨胀后气体温度升高； 表示节流膨胀后气体温度升高； µJ-T =0 表示节流膨胀后气体温度不变； 表示节流膨胀后气体温度不变；
G = x1G1 + x2G2 + RT ( x1 ln x1 + x2 ln x2 ) Q x1 , x2 < 1则 ln x1和 ln x2都小于0
《轮机热工基础》复习题
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第一章基本概念1. 与外界只发生能量交换而无物质交换的热力系统称为 B 。
A、开口系统B、闭口系统C、绝热系统D、孤立系统2. 与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统称为 D 。
A、开口系统B、闭口系统C、绝热系统D、孤立系统3. 开口系统与外界可以有 D 。
A、质量交换B、热量交换C、功量交换D、A+B+C4. 与外界没有质量交换的系统是闭口系统，同时它也可能是＿＿D＿＿系统。
A．开口 B．绝热 C．孤立 D．B＋C5. 下列 B 与外界肯定没有质量交换但可能有热量交换。
A、绝热系统B、闭口系统C、开口系统D、孤立系统6. 实现热功转换的媒介物质称为 C 。
A、系统B、气体C、工质D、蒸气7. 工质应具有良好的和。
AA、流动性/膨胀性B、耐高温性/导热性C、耐高压性/纯净D、耐腐蚀性/不易变形8. 下列各项为工质热力状态参数的是：。
CA、热量、压力、熵B、功、比容、焓C、内能、压力、温度D、内能、比热、焓9. 在工质的热力状态参数中，属于基本状态参数的是。
AA．温度 B．内能 C．焓 D．熵10. 500℃等于_______C____。
，则绝对压力为 D 。
A、160KPaB、100KPaC、60KPaD、40KPa11.若大气压力为100KPa，表压力为60KPa，则绝对压力为 A 。
A、160KPaB、100KPaC、60KPaD、40Kpa12.在没有相变和化学反应时，处于＿C＿＿＿是系统实现平衡的充分和必要条件。
A．热平衡 B．力平衡 C．热和力同时平衡 D．都不是14. 在下列各项中，＿＿A＿＿都不是状态参数，是过程量。
A．功和热量 B．功和压力 . C．热量和温度 D．压力和比体积15. 下列热力学过程中视为可逆过程的是 C 。
热工基础A第八章(热力循环)
3′ 4′ 1′
3. 工作原理： 工作原理： 1—2：从蒸发器出来的干饱和蒸气在压缩机中定熵 ： 压缩，工质p↑、 为过热蒸气 为过热蒸气； 压缩，工质 、T ↑为过热蒸气； 2—3：过热蒸气在冷凝器中定压冷却为饱和液体 ： （或略过冷的液体）； 或略过冷的液体）； 3—4：饱和液体经节流阀绝热节流（不可逆），节 ：饱和液体经节流阀绝热节流（不可逆），节 ）， 流后的工质p↓、 流后的工质 、T↓ ； 4—1：制冷剂液体在蒸发器中定压吸热汽化为干饱 ： 和蒸气（或略过热）。 和蒸气（或略过热）。
▲
计算式（ 求导并令其等于零， 将 w0 计算式（7- 8）对π求导并令其等于零， ） 求导并令其等于零 可求得π 代入式（ ），得到 可求得 opt ，将πopt 代入式（7- 8），得到 最大 w0 。 ），
πopt ＝ （T3/T1) k/2(k-1)
w0 max＝ CpT1(√τ－1）2 － ）
H L
qH w2 wnet qL
△S
w1
或
的途径: ⅲ﹐↑ ε 的途径 标准工况: ⅳ, 标准工况
↑TL– 受任务限制 H--受环境限制 受任务限制,↓T 受环境限制 制冷--- TL = -15 oC ; TH = 30 oC 制冷 空调--空调 TL = 5 oC ; TH = 35 oC
2. 理论循环（对理想循环的改进） 理论循环（对理想循环的改进）
蒸汽动力基本循环-朗肯循环 第一节 蒸汽动力基本循环 朗肯循环
一、朗肯循环简介
(a) 循环系统简图
(b) p-v 图
朗肯循环图 3→3′为水在水泵中的定熵压缩过程； 3′→4→5→1为水在锅炉中定压加热变 为过热水蒸气； 1→2为过热水蒸气在汽轮机内可逆绝热 膨胀（定熵）； 2→3为乏汽在凝气器内定压放热。
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END
化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
制冷技术 制冷热力学原理
制冷原理
利用某种物质状态变化，从较低温度的热源吸取一 定的热量，通过一个消耗功（或热量）的补偿过程， 向较高温度的热源放出热量。 为了实现上述能量转换，首先 必须有使制冷机能达到比低温 热源更低温度的过程，并连续 不断地从被冷却物体吸取热量。
可逆循环和不可逆循环
循环由过程构成 可逆
过程
不可逆
可逆循环 循环
不可逆循环
➢不可逆过程可分成两类：内部不可逆和外部 不可逆。 ➢制冷剂在其流动或状态变化过程中因摩擦、 扰动及内部不平衡而引起的损失，都属于内部 不可逆； ➢蒸发器、冷凝器及其他换热器中有温差时的 传热损失，属于外部不可逆。
逆循环
逆循环：逆时针方向（消耗功把热量由低温
p 热1源送至高温热源）T
2
2
V
净效应：对内作功
1
S
净效应：放热
动力循环与制冷（热泵)循环
• 动力Power循环—正循环 输入热,通过循环输出功
• 制冷Refrigeration循环—逆循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热
• 热泵Heat Pump循环—逆循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热
自然界自发过程都具有方向性
自发过程的方向性
功量 功量
摩擦生热
100% 发电厂 40%
热量 热量
放热
自发过程具有方向性、条件、限度
热力学第二定律的表述与实质
热二律的表述有 60-70 种
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
热力学循环的基本原理及其在热力学工程中的应用
热力学循环的基本原理及其在热力学工程中的应用热力学循环是热力学工程中常用的一种能量转换方式，广泛应用于能源系统、发电厂等领域。
它通过将热能转化为机械能，实现能源的高效利用。
本文将介绍热力学循环的基本原理以及它在热力学工程中的应用。
一、热力学循环的基本原理热力学循环是指在一定的工作物质中，通过一系列的热力学过程，将热能转化为机械能，然后再将机械能转化为热能的过程。
它依据热力学第一定律和第二定律的原理，通过不同的工作流程，实现能量的转换。
热力学循环通常由四个基本过程组成：加热过程、膨胀过程、冷却过程和压缩过程。
在加热过程中，工作物质吸收热量，温度和压力升高；在膨胀过程中，工作物质进行膨胀，压力下降，从而驱动负荷进行工作；在冷却过程中，工作物质释放热量，温度和压力降低；在压缩过程中，工作物质被压缩，压力升高，为下一个循环提供工作物质。
二、热力学循环在热力学工程中的应用1. 蒸汽动力循环蒸汽动力循环是热力学工程中最常见的循环之一。
它以水蒸汽为工作物质，通过加热水蒸汽产生高温高压蒸汽，然后通过膨胀机械转换为机械能，最后再将低温低压蒸汽排出。
蒸汽动力循环广泛应用于发电厂、热电联产等领域。
2. 气体轮机循环气体轮机循环是以气体为工作物质的循环系统。
它通过燃烧燃料产生高温高压气体，然后通过气轮机将热能转化为机械能，再将低温低压气体排出。
气体轮机循环广泛应用于航空、船舶、石油化工等领域。
3. 制冷循环制冷循环是将热能从低温源吸收，然后通过压缩工质将热能排放到高温源的过程。
它广泛应用于制冷设备、空调系统等领域。
制冷循环的基本原理是利用工质在不同温度下的相变特性，通过压缩和膨胀过程实现热能的转移。
4. 混合循环混合循环是将两种或多种循环系统相结合，以提高能量转换效率的一种方法。
例如，蒸汽动力循环与气体轮机循环的结合，可以充分利用燃料能量，提高发电效率。
总之，热力学循环是热力学工程中的重要组成部分，通过将热能转化为机械能，实现能源的高效利用。
热力学中的热循环与制冷技术
热力学中的热循环与制冷技术热力学是一门研究能量转换与传递规律的科学，而热循环与制冷技术则是热力学在实际生活中的应用。
通过热循环，我们能够将热能转化为机械能，实现各种工业和生活需求；而制冷技术则是利用热力学原理来调节温度，使我们能够享受更舒适的环境。
热循环是基于热力学第一定律和第二定律的基础上的，它是一种将热能转化为机械能的过程。
最典型的热循环就是蒸汽动力循环，如蒸汽发电厂中常见的朗肯循环。
在这个循环中，燃烧燃料产生的热能被传递给锅炉中的水，使其变为蒸汽。
蒸汽驱动涡轮机旋转，这样就将热能转化为机械能，从而产生电能。
在这个过程中，热能在不同的参与者之间转移，使得能量的转换更为高效。
制冷技术是利用热力学原理来调节温度的一种技术手段。
在我们日常生活中，空调就是一种常见的制冷设备。
它的工作原理是利用热力学中的制冷循环来降低室内的温度。
空调中的制冷循环由四个主要部件组成：蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置。
首先，制冷剂在蒸发器中吸收室内的热量，使室内空气变冷。
然后，这个低温、低压的制冷剂被压缩机压缩成高温、高压的气体。
接着，在冷凝器中，制冷剂释放出热量，使其冷却成为液体。
最后，通过节流装置，冷却的液体制冷剂重新进入蒸发器，循环起来。
通过这样的循环过程，空调可以不断地从室内吸收热量并释放到室外，从而降低室内的温度。
除了空调，制冷技术还有其他的应用领域。
例如，冷冻食品行业就是依赖制冷技术来保存和运输食品的。
在这个行业中，利用热力学原理来控制温度，可以延长食品的保存寿命，保持其鲜美的口感。
同时，在医药行业中，制冷技术也起着重要的作用。
许多药品需要在低温下储存或运输，以保持其有效性。
通过制冷技术，我们可以在恶劣的环境下保持药品的质量，确保患者能够获得有效的治疗。
热循环和制冷技术的应用还远不止于此。
例如，火箭发动机中的燃气轮机循环、汽车引擎中的循环也都是热循环的应用。
制冷技术还被广泛应用于飞机、列车等交通工具的制冷装置中，以确保乘客的舒适性。
蒸汽动力循环与制冷循环
NP
mWP
mH 4
H3
60 103 3600
125 .5 121 .5
67kW
热效率
3600
PT
Q1
NP
3600 20452 67
190 .9106
0.3844
•
例5-2 在某核动力循环装置，锅炉温度为 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作
s
Ws不 Ws可
H1 H2 H1 H2
• 实际 Rankine 循环的热效率
H1 H2 H3 H4 H1 H2
H1 H4
H1 H4
例5-1 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
平均吸热温度
T 10 5
Tm
1
6 9
T
1' 1
c
4'
5'
p1
4
p1
5
4
3
2
x2
8
7S
图 8-3 图 图 图 图 图 图
等效Carnot循环的平均吸热温度 Tm
3
p2
2' 2
x2 x2
S 图 8-4 图 图 图 图 图 T-S 图
1与1'点的压力高低 ？
• 2. 提高蒸汽的压力
当蒸汽压力提高时，热效率提高、而汽 耗率下降。但是随着压力的提高，乏汽的干度 下降，即湿含量增加，因而会引起透乎机相对 内部效率的降低．还会使透平中最后几级的叶 片受到磨蚀，缩短寿命。乏汽的干度一般不应 低于0.88。另外，蒸汽压力的提高，不能超过 水的临界压力，而且设备制造费用也会大幅上 升。
第8章_蒸汽动力循环及制冷循环
第8章 蒸汽动力循环及制冷循环将热能变为机械能组成循环的热力过程。
根据所采用工质的不同，热力原动机循环分为两类：以蒸汽为工质的称为蒸汽动力循环，而以气体为工质的则称为气体循环。
制冷循环是一种逆向循环。
逆向循环的目的在于把低温物体(热源)的热量转移到高温物体(热源)去。
如果循环的目的是从低温物体(如冷藏室、冷库等)不断地取走热量，以维持物体的低温，称之为制冷循环；如果循环的目的是给高温物体(如供暖的房间)不断地提供热量，以保证高温物体的温度，称之为热泵循环。
本章学习要求要求学生了解蒸汽动力循环的基本过程，掌握Rankine 循环的热力学分析方法，热效率、气耗率的概念与计算，以及Rankine 的改进方法。
在制冷循环中，要求掌握逆Carnot 循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组成，制冷系数和单位工质循环量的计算；了解热泵的基本概念和在工业生产中的应用。
最后了解与掌握空气液化及其计算方法。
重点与难点8.1 Rankine 循环HLH s c T T Q w -=-=1ηST图6-1 Rankine 循环示意图 图6-2 Rankine 循环的T-S 图Rankine 循环中工质历经的各个单元过程是完全理想化的(忽略工质的流动阻力与温差传热)，以单位质量的工质为基准，运用稳流过程热力学第I 定律进行分析：12→过程：透平机中工质作可逆绝热膨胀过程(等熵膨胀)，对外输出轴功S W ：1S 21W H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-1)32→过程：湿蒸汽在冷凝器中的等压等温冷凝过程(相平衡)，工质冷凝放热量L Q ：1L 32Q H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-2)34→过程：饱和水在水泵中作可逆绝热压缩过程(等熵压缩)，水泵消耗轴功S,PUMP W ：1S,PUMP 43W H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-3)由于水的不可压缩性，在压缩过程中水的体积变化微小，S,PUMP W 可按下式计算：423P S,PUMP H O 43P W VdP V (P P )=≈⋅-⎰(6-4)41→过程，实际上含44'→(给水预热)、4'1'→(等压等温汽化或两相平衡)及1'1→(饱和蒸汽过热)三个阶段，工质在锅炉与过热器中吸收的热量H Q ：1H 14Q H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-5)热效率(即热机效率或第I 定律效率)和汽耗率是评价蒸汽动力循环的经济技术指标。
蒸汽动力循环和制冷循环
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。
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由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。
这类制冷机的制冷剂在常温和普通低温下能够液化，在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。
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水泵消耗的压缩功量
W p u m p H H 4 H 3 V 3 p 4 p 3 ( k J k g - 1 )
工质从锅炉中吸收的热量
Q H H H 1 H 4 (k Jk g -1 )
热效率
T W Q H N W s (R ) Q H W p u m p H 2 H H 1 1 H H 4 4 H 3
解：(1) 各状态点的热力学性质，可由附录3水蒸气 表查得
H4303.46kJkg-1
H 1 H 4 p p 2 1 V d p V (p 1 p 2 ) 1 .5 k J k g - 1
H 1 3 0 3 .4 6 1 .5 3 0 4 .9 6 k J k g - 1
查过热水蒸气表得
平均吸热温度
T 10 5
蒸发器(等压) 1
QL
3
c
2
TH
TL
4
1
S
8.1 蒸汽动力循环－Rankine循环过程分析
8.1.1 Rankine循环 组成
1
循环过程
过热器
汽轮机
锅炉
T
1
2
冷
凝
4
工作原理图
(b) T-S图
图8-1 Rankine蒸汽动力循环装置
2’
2
S
1→2 过热水蒸汽在汽轮机内等熵膨胀，变成湿蒸汽，同 时对外作输出轴功
重点内容
1)Rankine循环的热力学分析方法，热效率、气 耗率的概念与计算，以及Rankine改进方法。
2)2)了解Otto循环和Diesel循环燃气循环和燃气 轮机过程分析；
3) 逆Carnot循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组 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； 5)了解深冷循环，掌握空气液化及其计算方法。
2→3 湿蒸汽在冷凝器内等压、等温冷凝，变成饱和液体水 3→4 冷凝水在水泵中等熵压缩，进回至锅炉 4→1 水在锅炉中吸收热量，完成预热、汽化、过热阶
段过程，变成过热水蒸汽
热力学分析
汽轮机中工质对外作功量(过程1→2) W s(R ) H H 2 H 1 (k Jk g -1 )
冷凝器中工质对外放热量
气相含量为x，则有
S 3 x S V ( 1 x ) S L 7 . 7 1 5 3 x 0 . 9 8 5 2 ( 1 x ) 6 . 8 3 8 1
解得： x0.87
H 3 x H V ( 1 x ) H L 0 . 8 7 2 6 3 1 . 4 ( 1 0 . 8 7 ) 3 0 3 . 4 6 2 3 2 8 . 7 7 k J k g - 1
(3)不可逆过程的焓差为0.80(H2-H3)，而吸收的热
仍为 H2 H1 ，因此热效率
T0.80 H (2 H 2H 1 H 3)0.800.2470.198
T
2
1
4
3 3'
图 8- 2 图 8. 1图 图 S
提高Rankine循环热效率的途径
carnot
1
TL TH
降低冷凝器温度 提高锅炉温度
H22992.7kJkg-1 S26.8381kJkg-1K -1
该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行 绝热可逆操作时效率最高。
S 3S 26 .8 3 8 1 k Jk g -1K -1
由0.035MPa，查得 气相： SV7.7153kJkg-1K-1(查饱和水性质表内插)
液相： SL0.9852kJkg-1K-1 (查饱和蒸汽性质表)
carnotT H T L T L1 1 9 9 8 8 .3 .3 2 2 7 2 2 7 .6 3 90.267
若 Carnot 循 环 运 行 在 实 际 的 二 个 温 度 之 间 ， 其 效
率为 carnotT H T LT L22 88 00 72 27 .6 3 90.375
T
锅炉(等压)
冷凝器(等压) QL
TH
4
C
1
TL
3
2
S
1
WS 透平
汽轮机B
2
特征：汽轮机B与 压缩机E处于两相 区操作，均易产生 气蚀而损坏设备。
制冷过程
理论基础： ||逆Carnot循环过程||从低温热源 吸热向高温热源排热，同时消耗电能。
流程图 3
QH
冷凝器(等压)
2
WC 膨胀机
压缩机
WS
4
T-S图 T
T
Ws(R) QH
H1H2 H1 H4
汽耗率 蒸汽动力装置中每输出1kWh的净功所消耗的蒸
汽量 SSC3600kgkWh-1
WN
例8.1某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来 的饱和水，由泵从0.035MPa加压至1.5MPa进入 锅炉，蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280℃。 求：(1)上述循环的最高效率。(2)在锅炉和冷凝器 的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率， 以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度 之间运行的卡诺循环的效率。(3)若透平机是不可 逆绝热操作，其焓是可逆过程的80%，求此时的 循环效率。
TH H 2 2 H H 1 32 2 9 9 9 9 2 2 .7 .7 2 3 3 0 2 3 8 .9 .7 6 70 .2 4 7
(2)冷凝器压力0.035MPa，饱和温度为72.69℃；锅 炉 压 力 1.5MPa ， 饱 和 温 度 为 198.32℃ 。 Carnot 循 环运行在此两温度之间，Carnot循环效率
热机 将热能转化为机械能等动力的装置
工厂、 交通工具、 居民、办公用电
热力循环过程 热机的工作循环 蒸汽动力循环 燃气动力循环 制冷 获得并保持低于环境温度的操作
制冷循环 输入外功实现从低温环境吸热排向高 温环境的循环
蒸汽动力循环
蒸汽压缩制冷循环
卡诺循环过程描述
QH
4 WC
水泵
压缩机E 3
T-S图表达
述，要使热量从低温物体传到高温物体，必须 提供机械能或热能作为代价。
如果循环的目的是从低温物体(如冷藏室、冷 库等)不断地取走热量，以维持物体的低温，称 之为制冷循环；如果循环的目的是给高温物体 (如供暖的房间)不断地提供热量，以保证高温 物体的温度，称之为热泵循环。习惯上，制冷 温度在-100℃以上者，称为普冷，低于-100℃ 者称为深冷。制冷广泛应用于化工生产中的低 温反应、结晶分离、气体液化以及生活中的冰 箱、空调、冷库等各方面。