蒸汽动力循环
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。
工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环
第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化
第10章-蒸汽动力装置循环
三、提高朗肯循环的热效率途径
T
5
1
6
h1 h2 t h1 h3
4
3
2
影响热效率 的参数？
s
p 1, t1, p 2
14
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 优点：
5'
5
1' 1 6'
6
T1 • v2'
•
t
，汽轮机
4'
4 3
2' 2
s
出口尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽轮 机安全。一般要求 出口干度大于0.85~ 0.88
s
9
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
h1 h2 t h1 h3
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
h
1
4 3
3600 d wnet
2
蒸汽动力装置输出1kw〃h （3600kJ）功量所消耗的蒸汽 量，定义为汽耗率，用d表示。
s
10
朗肯循环与卡诺循环比较
15
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
•
1'
1 6
•
安全。 缺点： • 对耐热及强度要 求高，目前最高 初温一般在550℃ 左右 • v 汽机出口 2' 尺寸大
T1 x2'
t
，有利于汽机
16
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
热一律
ha 1 h4 1 h5
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 T 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匀速朗肯循环 回热循环2、 蒸汽动力装置循环热效率分析y T 的计算公式y 的影响因素分析y T 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，而且水大的多' 3--2 - 3 ：2000 2需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大3点的湿蒸汽比容比减少，同时对压缩机不利。
2、循环仅限于饱和区，上限 T i 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 的结果就是下面要讨论的另一种循环一朗肯循环。
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 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入 成水，凝结成的水由给水泵 P 送进省煤器D'进行预热， 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 过程一朗诺循环。
1T纽K 泵3 （仍工作區理图1- 2绝热膨胀过程，对外作功2- 3 定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3- 4绝热压缩过程，消耗外界功4- 1 定压吸热过程，（三个状态）4-1过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无 技术功交换。
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。
蒸汽动力循环及制冷循环
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,不小
于大气压力；
③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热顾客旳热量/输入旳总 热量。
QL
QH
（2） 抽气式汽轮机联合供电供热循环
J
P P 0 cp
这阐明了理想气体在 节流过程中温度不发 生变化
② 真实气 体
有三种可能旳情况，由定义式知
J
T P H
当μJ>0时，表达节流后压力下降，温度也下降
V T V 0
致冷
T P
当μJ=0时，表达节流后压力下降，温度不变化
V T V 0 不产生温度效应 T P
这就阐明了在相同条件下等熵膨胀系数不小于节 流膨胀系数,所以由等熵膨胀可取得比节流膨胀更加 好旳致冷效果.
(3) 积分等熵温度效应
等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起旳温度变化，
称之。
p2
Ts T2 T1 s dp
p1
计算积分等熵温度效应旳措施有4种：
① 利用积分等熵温度效应
Ts
p2
s dp
（1）工质进汽轮机状态不同
卡诺循环：湿蒸汽 郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（3）工质出冷凝器状态不同 卡诺循环：气液共存
（4）压缩过程不同 （5）工作介质吸热过程不同
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 视掉工作介质水旳摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
6.2 节流膨胀与作外功旳绝热膨胀
一. 节流膨胀过程
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。
6 蒸汽动力循环
又因为
Cp S T p T
T V S C p T p
由于
V 0 T p
由前面的计算可以看出，Rankine循环的热机效率 只是Carnot循环的67%。如何提高Rankine循环的热机 效率？ 分析蒸汽动力循环热机效率的定义式 Ws QH 可以看出，要提高蒸汽动力循环的热机效率，就要增加 循环过程做的功。具体措施是： 1、提高汽轮机的进汽温度和压力； 2、降低汽轮机出口蒸汽的压力。
Ws QH
H1 H 2 H1 H 4
Rankine循环也是一种理想的蒸汽动力循环，因 为工作介质在汽轮机中的膨胀做功过程是按绝热可逆 的方式进行的。只不过Rankine循环比Carnot循环更 接近实际的蒸汽动力循环。 在实际的Rankine循环中，工作介质在汽轮机中 的膨胀做功过程不是按绝热可逆的方式进行的，而是 一个不可逆过程，其T-S 图是：
Not e:
T
1
4 3 2 2’
0 Fig The Schematic of Practical Rankine Steam-Power Cycle
S
Problem
某一蒸汽动力装置按Rankine循环工作。已知锅炉 工作压力为40× 105Pa，产生440 0C过热蒸汽；汽 轮机出口压力为0.04× 105Pa；蒸汽流量为60吨/小 时。求该蒸汽动力装置的热机效率。
1 2 H u gz Q Ws 2 在节流膨胀过程中Ws = 0，忽略动能差和热能差（对 于大多数化工过程，动能差和热能差同焓的变化量相 比，可以忽略不计。）；由于节流膨胀过程是在瞬间 完成的，速度非常快，以致流体来不及同外界交换热 量，Q = 0。
H 0
工程热力学(第7章--蒸汽动力循环)
1
T2 T1
从理论上确定了通过热机循环 实现热能转变为机械能的条件 及给定温度范围内循环热效率 的最高极限值，并指出了提高 热机效率的方向和途径，为度 量实际热机循环的热力学完善
s 程度提供了标准。
对于任意复杂循环，可利用相 应的等效卡诺循环（即平均温 度法）来分析其热经济性。
3
任意循环ηt 的分析方法——平均温度法
1
p1
h
1 t1
T1
p2
4
T2 3
2
2 x=1
s
0
s
t
h1 h2 h1 h2
f
( p1,t1,
p2 )
1 T2 T1
t1
p1
p2
12
一、蒸汽初温对热效率的 影响：
设 初 压 p1＝const， 排 汽 压力p2＝const.
提高t1对ηt的影响：
（1）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变， 则朗肯循环的热效率得到提高； （2）排汽干度增加，即x2′>x2，这有利于改善汽轮机叶 片的工作条件。
受到的限制：排汽压力的降低主要受汽轮机排汽干度下降及环 境温度的限制。目前火电厂的排汽压力最低在0.004MPa左右
15
新课引入
p1
t
x2
为解决二者间的矛盾，可对循环方式 加以改进：采用再热循环。
7-3 再热循环
➢采用再热的目的：提高汽轮机排汽干度，为
初压的提高创造条件；同时提高循环热效率。
➢再热的概念：当蒸汽在汽轮机中膨胀作功而
0
则朗肯循环的热效率可近似地表示为： h
t
w12 q1
h1 h2 h1 h3
h1 h2 h1 h2'
蒸汽动力循环 ppt课件
2
1
4
13
4
h1
h1 = 129.3 kJ/kg s h2 = 3330.7 kJ/kg s
ppt课件
21
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
qhwt
T
1
q=0
wt hh1h2
可逆过程： s
p1 p2 2 2’
不可逆过程
s
ppt课件
22
二、朗肯循环功和热的计算
T
汽轮机作功： wT h1 h2
1
凝汽器中的定压放热量：
1 6
2 s
ppt课件
t
h1 h2 h1 h3
p1 t1 p2
29
三、蒸汽参数对热效率的影响
1、初温 t1 对热效率ηt 的影响
p1 , p2不变，t1
T
1'
1
5
6
t
1
T2 T1
优点：
•T1
t
• x 2 ' ，有利于汽轮
机安全。
4
缺点：
3
2 2 ' • 对耐热要求高，
目前初温一般小
s 于620℃
锅炉Boiler设备图
ppt课件
12
汽轮机（透平Turbine）机组刨面图
ppt课件
13
凝汽器Condenser和冷却塔系统图
ppt课件
14
Natura冷l-却dr塔if实t 体C图ooling Tower
ppt课件
15
10-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
一、蒸汽动力循环简化
1
12 汽轮机 s 膨胀
基本内容
ppt课件
2
动力循环：以获得功为目的
化工热力学第六章 蒸汽动力循环和制冷循环解读
§7.1 蒸汽动力循环
稳定流动体系的热力学第一定理：
2 流体通过压缩机、膨胀机 ∵ u2≈0，g Z≈0，若绝热过程Q=0 Ws= H= H2-H1
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
(1) 过热蒸汽每小时从锅炉中的吸热量与乏气每小时在冷凝 器中放出的热量和乏气的湿度 (2) 汽轮机作出的理论功率与泵消耗的理论功率. (3) 循环的热效率和气耗率 Q1
吸热
1
解： 1 ）Q1 H1 H4 3 ）WS H2 H1
5 T 4
4 ） W H H P 4 3 2 ）Q2 H3 H2
ABCDA的面积 循环热机的效率 ABC曲线下的面积
2019/4/16
用T-S图表示热和功的优点
T-S 图：既显示体系所吸取或释放的热 量；又显示体系所作的功。 p-V 图：只能显示所作的功。
2019/4/16
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 ： 循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §7.3.2 吸收制冷循环
2019/4/16
前言
循环：
体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重 新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。
蒸汽动力循环：
是以水蒸汽为工质，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
蒸 汽 作 功
理想Rankine循环
1
T
等 S4 压 缩 等压吸热 等 S 膨 胀
蒸汽动力循环的知识点总结
蒸汽动力循环的知识点总结总览：蒸汽动力循环是一种热力循环，其基本原理是通过燃烧燃料来产生热能，然后利用热能产生的高温高压蒸汽驱动蒸汽机或者涡轮机，最终将热能转化为机械能。
蒸汽动力循环一般包括以下几个基本组成部分：1. 锅炉：将水加热生成蒸汽的设备；2. 蒸汽机或者涡轮机：利用蒸汽动力产生机械功的设备；3. 冷凝器：将流过蒸汽机或者涡轮机的低温低压蒸汽冷凝成水的设备；4. 泵：将冷凝水经过加压再次送入锅炉的设备。
基本原理：蒸汽动力循环的基本原理是通过引入高温高压蒸汽来推动轮机转动，然后在轮机功率输出后将蒸汽冷凝成水再次送入锅炉加热，形成循环。
循环过程中，蒸汽在不同的温度和压力下进行相变，从而产生热能和机械能的转换。
整个循环过程符合热力学的一定规律，例如热力学第一定律和第二定律等。
循环的效率：蒸汽动力循环的效率通常用热效率和热功效率来衡量。
热效率是指工作流体产生的功率与输入的热量之比，可以用以下公式来表示：η = W/Q其中，η为热效率，W为物体产生的功率，Q为输入的热量。
热功效率是指工作流体产生的功率与燃料热值之比，可以用以下公式来表示：ηth = W/Qc其中，ηth为热功效率，Qc为燃料的热值。
优化蒸汽动力循环的效率是很重要的工程问题，需要考虑很多因素，包括锅炉和轮机的设计、流体性质和循环工艺等。
循环的组件：1. 锅炉：通过燃烧燃料来产生高温高压蒸汽的设备。
主要包括燃料供给系统、燃烧室、加热表面和管道等组件。
2. 蒸汽机或者涡轮机：利用蒸汽动力来产生机械功的设备。
主要包括转子、转子叶片、蒸汽进出口和机械传动系统等组件。
3. 冷凝器：将流过蒸汽机或者涡轮机的低温低压蒸汽冷凝成水的设备。
主要包括冷凝管道、冷却水系统和冷却塔等组件。
4. 泵：将冷凝水经过加压再次送入锅炉的设备。
主要包括旋片式泵、离心泵和柱塞泵等组件。
循环的性能评估：针对蒸汽动力循环的性能评估，主要包括循环的效率、热力学性能和经济性能等方面。
十蒸汽动力循环
q2 h2 h3 =面积23ab2
p
T
1
45 d
61
5
6
c3
4
2
3
2
v
a
b
s
循环净热量为 q q1 q2 (h1 h4 ) (h2 h3 )
每公斤蒸汽在汽轮机中作功为 ws1 h1 h2 =面积12cd1 每公斤蒸汽在水泵中耗功为 ws2 h4 h3 =面积34dc3
第一节 水蒸汽作为工质旳卡诺循环
1.汽水混合物压缩过程c-5难以实现。 2.循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度，效率不高。 3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。
第二节 基本蒸汽动力装置旳理想循环——朗肯循环 一、朗肯循环及其工作过程
1. 工作过程
2. 朗肯循环旳p-v图和T-s图
p
T
45 6 1
kJ/x(2kg·ssK2"2)ss12''
6.44340.4762 8.39520.4762
0.75
h2 x2h2" (1 x2 )h2' 1980kJ / kg
1 p1 t1 p2 X=1
2
s
w h1 h 2 3424 1980 1444kJ / kg
t
h1 h2 h1 h2
3424 1980 3424 137.77
0.3955
s
d 3600
3600
2.77kg /(kW h)
oi (h1 h2 ) 0.90 (3424 1980)
本章小结：
1。朗肯循环旳基本原理和基本计算 工作原理、热效率及有关计算、汽耗率、 p-v图和T-s图
第12章蒸汽动力循环
第12章蒸汽动⼒循环第⼗⼆章蒸汽动⼒循环Chapter 12Vapor Power Cycles通过这⼀章的学习要解决的问题：1.为什么在实际蒸汽动⼒循环中不采⽤卡诺循环？2.什么是朗肯循环？3.怎样计算朗肯循环的热效率？4.蒸汽参数如何影响朗肯循环的热效率？5.有摩阻的实际循环；6.再热循环、回热循环四个主要装置：锅炉Boiler （B ）汽轮机Turbine （T ）凝汽器Condensor （C ）⽔泵Pump （P ）蒸汽动⼒装置基本循环系统锅炉汽轮机发电机⽔泵凝汽器为什么在实际蒸汽动⼒装置中不采⽤卡诺循环？以⽔蒸汽为⼯质原则上可以采⽤卡诺循环，12-1简单蒸汽动⼒循环-朗肯循环(Rankine cycle)TOs 1243①湿蒸汽的压缩难以实现；②温差⼩，循环热效率不⾼；③膨胀末端x 太⼩，不利于动⼒机的安全。
朗肯循环的基本过程1-2：过热蒸汽等熵膨胀2-3：乏汽定压放热3-4：冷凝⽔等熵压缩4-1：给⽔定压加热1342pv朗肯循环的p-v 图构成朗肯循环的四个过程：1-2 汽轮机中定熵膨胀过程；2-3 冷凝器中定压放热凝结过程；3-4 ⽔泵中的定熵压缩过程；4-1 锅炉中的定压吸热汽化过程。
4321Ts hs1324朗肯循环的T-s 和h-s 图朗肯循环各过程的能量计算1222343114T p w h h q h h w h h q h h =-=-=-=-4321Tsnett 1w q η=热效率热效率34h h ≈net 12431411()()p T t w w w h h h h q q h h η----===-12141213t t h h h h h h h h ηη--==-- 或忽略⽔泵功12'h h -s蒸⽓初参数p 1，t 1，乏⽓压⼒p 24321影响热效率的参数T12-2 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响如果确定了新汽的温度（初温T1 ）、压⼒（初压p 1）以及乏汽的压⼒（终压p2），那么整个朗肯循环也就确定了蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响，也就是指初温、初压和终压对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响sT43211'2'1.蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响有利于汽轮机安全。
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二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
2. 再热循环
再热循环分析
q1 = (h1 − h4 ) + (h6 − h5 )
忽略水泵消耗 功， 循环作功：
wT = (h1 − h5 ) + (h6 − h2 )
循环热效率：
wT (h1 − h5 ) + (h6 − h2） ηt = = q1 (h1 − h4 ) + (h6 − h5）
提高蒸汽初温T 提高蒸汽初温T1
提高初温还可使终态的 干度增大, 干度增大,对汽轮机相对 内效率和使用寿命有利 提高新蒸汽的温度受材 料耐热性能的限制
降低终乏汽 干度降低的问题
三、有摩阻的实际循环
考虑到汽轮机的不 可逆损失,则理想循 可逆损失 则理想循 环的可逆绝热过程 1-2变为不可逆绝热 变为不可逆绝热 过程1-2 过程 act
汽轮机实际所作的功
wt ,act = h1 − h2act
汽轮机的相对内效率
汽轮机内蒸汽实际作功与理论功的比值叫做汽轮机的 相对内效率,简称汽轮机效率 相对内效率 简称汽轮机效率 T
η
ηT =
理想耗汽率
wt,act wt
=
h1 − h2act h1 − h2
D为蒸汽耗量,P0理想输出功率
耗汽率 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
h01 − h2′ ′ h01 − h2′
wnet = (h1 − h01 ) + (1 − α1 )(h01 − h2 ) = (1 − α1 )(h1 − h2 ) + α1 (h1 − h01 )
从热源吸入的热量为
q1 = h1 − h01′
循环的热效率为
wnet (h1 − h01 ) + (1−α1)(h01 − h2 ) h1 − h2 ηt,R = = 〉 q1 h1 − h01 h1 − h2′ ′
wp = h4 − h3 = u4 + p4v4 − (u3 + p3v3 ) ≈ ( p4 − p3 )v3 = ( p1 − p2 )v2′
h − h2 − ( p1 − p2 )v2′ ηt = 1 h − h3 − ( p1 − p2 )v2′ 1 h − h2 − ( p1 − p2 )v2′ = 1 h − h2′ − ( p1 − p2 )v2′ 1 h − h2 = 1 h − h2′ 1
一、朗肯循环（Rankine Cycle） 一、朗肯循环（Rankine Cycle）
工质为水蒸气的卡诺循环（56785）
一、朗肯循环（Rankine 朗肯循环（ Cycle） Cycle）
朗肯循环
朗肯循环
q1 = h1 − h4 q2 = h2 − h3
汽轮机对外作功：
w = h − h2 T 1
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
3. 回热循环
回热循环计算
Q≈0 热平衡方程为: 热平衡方程为
′ 01
1kg 4
(1 − α1 )(h01′ − h4 ) = α1 (h01 − h01′ )
若忽略水泵功, 若忽略水泵功
α1 kg
(1 − α1 )kg
h4 = h2′
于是
α1 =
循环净功为
2 act
水泵消耗功： wP = h4 − h3 循环热效率：
wnet q1 − q2 wT − wP (h1 − h2 ) − (h4 − h3） ηt = = = = q1 q1 q1 h1 − h4
水的压缩性很小,w≈0,q=0,所以△u=0,水 所以△ 水的压缩性很小 所以 水 泵功可近似表示为
第十一章 蒸汽动力循环装置
蒸汽动力循环装置特点
动力机最早的工质为水蒸气，热力过程状态发生变化 水和水蒸汽不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以 要 配备锅炉，装置设备不同于气体动力循环 燃烧产物不参与循环,可利用各种燃料
蒸汽动力循环— 蒸汽动力循环—朗肯循环
气体动力循环不采用卡诺循环的原因 a:定温加热和放热难于进行 b:定温线和绝热线斜率接近,循环作功不大 蒸汽动力循环不采用卡诺循环的原因 a:蒸汽压缩过程难于实现 b:循环局限于饱和区,上限温度受制于临界 温度 膨胀末期,蒸汽干度过小 蒸汽干度过小,不利于动力机安 膨胀末期 蒸汽干度过小 不利于动力机安 全
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
4. 高初参数与再热、回热的联合 应用 5. 减少循环中的不可逆损失 6. 热电联产循环及其他措施
回热循环的热效率一定大于单纯朗肯循环的热效率 循环中工质自热源吸热量、向冷源放热量及循环 净功都比原朗肯循环的对应量小。但由于工质的 平均吸热温度提高,平均放热温度不变,所以循环 热效率提高。
抽汽回热的有利方面: 抽汽回热的有利方面
由于工质吸热量减小,锅炉热负荷减低,因而 可减少受热面,节省金属材料 由于汽耗率增大,使汽轮机高压端的蒸汽流量增 加,低压端流量因抽汽而减小,有利于汽轮机的叶 片尺寸设计 由于进入冷凝器的乏汽量减少,可减少冷凝器的 换热面积,节省铜材
水泵功通常相对较小,略 水泵功通常相对较小 略 去对计算准确度影响很小, 去对计算准确度影响很小 故可简化为
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
提高热效率方法： 提高热效率方法：
提高汽轮机入口参数(温度、压力) 降低汽轮机出口压力 减少各过程不可逆性 采用再热、回热等措施
提高蒸汽压p1
提高初压带来设备强度 和乏汽干度降低问题