朗肯循环
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t1 , p2不变，p1
T 优点：
• •
5'
5
6'
1' 1
6 2 s
T1 v2'
t
，汽轮机出口
4'
4
3
2'
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
17
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
第三节 热电联产(供)循环
一、背压式机组(背压>0.1MPa)
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
用发电厂作了功 的蒸汽的余热来 满足热用户的需 要，这种作法称 为热电联(产)供
26
背压式热电联产(供)循环
——排气压力高于大气压力（0.1MPa)，同 时排气不通过冷凝器向环境放热，而是直 接供给热用户的汽轮机称为背压式汽轮机
28
热电联产(供)循环的经济性评价
wnet 只采用热效率 t 显然不够全面 q1 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同 q供热＋wnet 已被利用的能量 K 工质从热源得到的能量 q1
热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
锅炉 调节阀 热用户 冷却水 冷凝器
抽汽 给水 冷凝水
α kg 6 5 4
混合式回热器
22
抽汽式回热
蒸汽抽汽回热循环
T 1kg 6 kg 5 (1- )kg 4 3 2 s 1kg 5 1 a
α kg 6 5 4 3 (1-α )kg 1 1kg
a
2
由于 T-s 图上各点质 量不同，面积不再 直接代表热和功
a kg (1- )kg 4 23
动力循环研究方法
实际动力循环非常复杂
不可逆，多变指数变化，燃烧等
工程热力学研究方法，先对实际动 力循环进行抽象和理想化，形成各种理 想循环进行分析，最后进行修正。
第四节 活塞式内燃机动力循环
一、汽油机实际工作循环和理想循环
32
1、汽油机实际工作循环
空气、汽油
废气
吸气
压缩点火
膨胀作功
排气
33
四冲程汽油机工作原理
20
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式 改变循环形式
提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 再热循环 回热循环
热电联产 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环
21
第二节 蒸汽回热循环与再热循环
一、蒸汽回热循环(regenerative)
1 1kg
极限回热循环 抽汽回热循环
a 2 3 (1-α )kg
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
27
二、抽汽调节式热电联产(供)循环
过热器 汽轮机 发电机
锅炉
调节阀 冷却水 热用户 冷凝器
抽汽式热电联 供循环, 可以自动 调节热、电供应比 例，以满足不同用 户的需要。
水泵 2 加热器 水泵 1
19
国产锅炉、汽轮机发电机组的 初参数简表
低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参 数 1.3 3.5 9.0 13.5 16.5 汽轮机进 汽压力 MPa 340 435 535 550, 535 550, 535 汽轮机进 汽温度℃ 发电机功 1500～ 6000～ 5~10万 12.5万,20 20万,30 率 P/ kW 3000 25000 万 万,60万
3) 燃烧向外界吸热的可逆定容过程 4) 自由排气向外界放热的可逆定容过程 5)不可逆多变压缩可逆绝热压缩
6) 不可逆多变膨胀可逆绝热膨胀
35
3、汽油机理想循环 定容加热理想循环（奥图OTTO循环)
p
3 2 4 1
T 2 1
v
3
4
s
36
4、定容加热循环的计算
吸热量 T 2 1 热效率 s 3 4
48
s
定压加热循环的计算
吸热量 T 2 3
4
放热量(取绝对值）
1
热效率 s
49
第五节 燃气轮机循环
勃雷登循环（Brayton Cycle）
2 压气机 1 燃烧室 3 燃气轮机 4
理想化： 1）工质：数量不变，定比热理想气体 50 2）闭合循环 3）可逆过程
勃雷登循环图示
p
2 1 3 4
T
2
3
4
2 3
发电机 34 给水泵 s 压缩
41 锅炉
凝汽器
p 吸热
郎肯循环
10
给水泵
郎肯循环p-v图
p 4 1 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热 34 给水泵 s 压缩
41 锅炉
3 2
p 吸热
v
11
郎肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩 T h 23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
第十章 动力循环
1
动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取 得的热量的一部分转换成对外的净功 研究目的：合理安排循环，提高热效率
按工质
气体动力循环：内燃机 燃气(空气) 按理想气体处理
蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 可实现定 实际气体 温过程
可使用 任何形 态燃料
2
蒸汽动力循环
活塞式内燃机循环：
•定容加热理想循环 •定压加热理想循环 •混合加热理想循环 特点、计算
燃气轮机循环：
定压加热理想循环
55
第十章
完
56
柴油机与汽油机动力循环图示
1
p
3 2 5 4
p
3 2 4
1
v 柴油机，压燃式
1
v 汽油机，点燃式
46
柴油机与低速柴油机循环图示
p
3 2 5 4 2 3 4
p
1
1
v 柴油机，压燃式
1
v 低速柴油机，压燃式 47
三、定压加热循环（狄塞尔Diesel循环)
p
2 3 2 4 T
3
4
1 1
v
41
2、混合加热理想循环（萨巴德循环）
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量 p
3 4
T
3 5 1 2
4 5
2
1
v
s
42
3、定义几个指标性参数
p
3 4
压缩比
2
5 1
定容增压比 预胀比
43
v
4、理想混合加热循环的计算
吸热量 T
3
4
5
放热量(取绝对值）
2
1
热效率
s
44
理想混合加热循环的计算
热效率
45
29
过热器
汽轮机
发电机
2' 热用户 3
水泵 2 加热器 水泵 1
气体动力循环
30
气体动力循环分类
按结构 活塞式 汽车，摩托，小型轮船
叶轮式 航空，大型轮船，移动电站
汽油机 小型汽车，摩托 柴油机 中、大型汽车，火车，轮船 移动电站
按燃料
煤气机 航空
按点燃方式：点燃式（汽油机），压燃式（柴油机） 按冲程数： 二冲程，四冲程 31
2 2’
p0 0
1 V
40
四冲程高速柴油机工作过程
3—4 边喷油，边膨胀 近似 p 膨胀 p 3 4
t4可达1700~1800℃ 4 停止喷柴油 4—5 多变膨胀 p0 0 p5=0.3~0.5MPa t5500℃ 5—1’ 开阀排气， V 降压
2 2’
5 1’ 1 V
1—0 活塞推排气,完成循环
1 4
3 2
1
4 3
2
s
s 12
郎循环功和热的计算
汽轮机作功： 凝汽器中的定压放热量： h
1
水泵绝热压缩耗功： 4 锅炉中的定压吸热量： 3
13
2
s
郎肯循环热效率的计算
h
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
4 3
1
2
14
s
郎肯循环与卡诺循环比较
对比同温限1234’ T 4' 5 4 3 8 7 2 6 q2相同； q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温吸热4’1难实现
1
v
s
51
勃雷登循环的计算
吸热量：
T
2 1
3 4
放热量：
热效率：
s
52
勃雷登循环热效率的计算
热效率：
T
2 1
3 4
s
循环增压 比
t
53
第十章 小 结
蒸气动力装置循环:
1、熟悉郎肯循环图示与计算 2、郎肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理
54
第十章 小 结
1
对比5678
7点x太小,不利于汽 机强度(大于0.85)； 蒸汽过热,提高作功能 力,提高热效率; 8-5两相区难压缩； s wnet卡诺< wnet 朗肯15
如何提高郎肯循环的热效率
T 5 4 3
1 6 2 s
影响热效率 的参数？
p1, t1, p2
16
蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响
二、蒸汽再热循环(reheat)
T 5 4 3
2
4
1 a
6 b
再 热
1
b a 3
2
s
24
蒸汽再热循环的热效率
T 5 4 3
2
1 a
6 b
再热循环本身不一 定提高循环热效率
与再热压力有关 x2提高,给提高初 压创造了条件，选 取再热压力合适 (20%~30%P1)，一 般采用一次再热可 s 使热效率提高2％～ 3.5％。 25
3
第一节
蒸汽动力基本循环 ——朗肯循环
汽轮机 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
4
锅 炉
发电机 给水泵
凝汽器
大型坑口电站(陕西韩城电厂)
5
德国1.35MW核电站
6
凝汽器和冷却塔系统图
7
首台国产20万千瓦机组(辽宁朝阳电厂)
8
火电厂系统图
9
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）： 1 锅 炉 4 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热
放热量(取绝对值）
37
定容加热循环的计算
热效率
汽油易爆燃 一般汽油机
t
5 10
t 较低
压缩比
38
二、柴油机实际工作循环和理想循环
1、四冲程高速柴油机（混合加热循环）
空气
废气
吸气
压缩喷油
膨胀作功
排气
39
四冲程柴油机工作原理
四冲程高速柴油机工作过程
0—1 吸空气 1—2’ 多变压缩 一般n=1.34~1.37 p2’=3~5MPa t2’=600~800℃ 柴油自燃t=335℃ 2’ 喷柴油 2 开始燃烧 2—3 迅速燃烧，近似 V p↑5~9MPa p 3
•
1'
1 6
•
T1 x2'
t
，有利于汽机
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 • v2' 汽机出口 18 尺寸大
乏汽压力对郎肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
T 5 4 1 6 优点：
•
T2
t
4' 3 3'
2
2'
s
缺点： •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。冬天热效率高
汽油机实际工作循环
0—1 吸空气 1—2 多变压缩 2 火花塞点火燃烧 p 3
2 4 1’ 1
V
2—3 迅速燃烧，近似 V
3—4多变膨胀
p0
0
4—1’ 开阀排气， V 降压 (自由排气） 1’—0 活塞推排气,完成循环
34
2、汽油机实际工作循环的理想化
1) 工质: 定比热理想气体 工质数量不变
2) 忽略进、排气阀阻力，0—1和1’ —0抵消 开式闭式循环
T 优点：
• •
5'
5
6'
1' 1
6 2 s
T1 v2'
t
，汽轮机出口
4'
4
3
2'
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
17
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
第三节 热电联产(供)循环
一、背压式机组(背压>0.1MPa)
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
用发电厂作了功 的蒸汽的余热来 满足热用户的需 要，这种作法称 为热电联(产)供
26
背压式热电联产(供)循环
——排气压力高于大气压力（0.1MPa)，同 时排气不通过冷凝器向环境放热，而是直 接供给热用户的汽轮机称为背压式汽轮机
28
热电联产(供)循环的经济性评价
wnet 只采用热效率 t 显然不够全面 q1 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同 q供热＋wnet 已被利用的能量 K 工质从热源得到的能量 q1
热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
锅炉 调节阀 热用户 冷却水 冷凝器
抽汽 给水 冷凝水
α kg 6 5 4
混合式回热器
22
抽汽式回热
蒸汽抽汽回热循环
T 1kg 6 kg 5 (1- )kg 4 3 2 s 1kg 5 1 a
α kg 6 5 4 3 (1-α )kg 1 1kg
a
2
由于 T-s 图上各点质 量不同，面积不再 直接代表热和功
a kg (1- )kg 4 23
动力循环研究方法
实际动力循环非常复杂
不可逆，多变指数变化，燃烧等
工程热力学研究方法，先对实际动 力循环进行抽象和理想化，形成各种理 想循环进行分析，最后进行修正。
第四节 活塞式内燃机动力循环
一、汽油机实际工作循环和理想循环
32
1、汽油机实际工作循环
空气、汽油
废气
吸气
压缩点火
膨胀作功
排气
33
四冲程汽油机工作原理
20
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式 改变循环形式
提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 再热循环 回热循环
热电联产 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环
21
第二节 蒸汽回热循环与再热循环
一、蒸汽回热循环(regenerative)
1 1kg
极限回热循环 抽汽回热循环
a 2 3 (1-α )kg
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
27
二、抽汽调节式热电联产(供)循环
过热器 汽轮机 发电机
锅炉
调节阀 冷却水 热用户 冷凝器
抽汽式热电联 供循环, 可以自动 调节热、电供应比 例，以满足不同用 户的需要。
水泵 2 加热器 水泵 1
19
国产锅炉、汽轮机发电机组的 初参数简表
低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参 数 1.3 3.5 9.0 13.5 16.5 汽轮机进 汽压力 MPa 340 435 535 550, 535 550, 535 汽轮机进 汽温度℃ 发电机功 1500～ 6000～ 5~10万 12.5万,20 20万,30 率 P/ kW 3000 25000 万 万,60万
3) 燃烧向外界吸热的可逆定容过程 4) 自由排气向外界放热的可逆定容过程 5)不可逆多变压缩可逆绝热压缩
6) 不可逆多变膨胀可逆绝热膨胀
35
3、汽油机理想循环 定容加热理想循环（奥图OTTO循环)
p
3 2 4 1
T 2 1
v
3
4
s
36
4、定容加热循环的计算
吸热量 T 2 1 热效率 s 3 4
48
s
定压加热循环的计算
吸热量 T 2 3
4
放热量(取绝对值）
1
热效率 s
49
第五节 燃气轮机循环
勃雷登循环（Brayton Cycle）
2 压气机 1 燃烧室 3 燃气轮机 4
理想化： 1）工质：数量不变，定比热理想气体 50 2）闭合循环 3）可逆过程
勃雷登循环图示
p
2 1 3 4
T
2
3
4
2 3
发电机 34 给水泵 s 压缩
41 锅炉
凝汽器
p 吸热
郎肯循环
10
给水泵
郎肯循环p-v图
p 4 1 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热 34 给水泵 s 压缩
41 锅炉
3 2
p 吸热
v
11
郎肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩 T h 23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
第十章 动力循环
1
动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取 得的热量的一部分转换成对外的净功 研究目的：合理安排循环，提高热效率
按工质
气体动力循环：内燃机 燃气(空气) 按理想气体处理
蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 可实现定 实际气体 温过程
可使用 任何形 态燃料
2
蒸汽动力循环
活塞式内燃机循环：
•定容加热理想循环 •定压加热理想循环 •混合加热理想循环 特点、计算
燃气轮机循环：
定压加热理想循环
55
第十章
完
56
柴油机与汽油机动力循环图示
1
p
3 2 5 4
p
3 2 4
1
v 柴油机，压燃式
1
v 汽油机，点燃式
46
柴油机与低速柴油机循环图示
p
3 2 5 4 2 3 4
p
1
1
v 柴油机，压燃式
1
v 低速柴油机，压燃式 47
三、定压加热循环（狄塞尔Diesel循环)
p
2 3 2 4 T
3
4
1 1
v
41
2、混合加热理想循环（萨巴德循环）
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量 p
3 4
T
3 5 1 2
4 5
2
1
v
s
42
3、定义几个指标性参数
p
3 4
压缩比
2
5 1
定容增压比 预胀比
43
v
4、理想混合加热循环的计算
吸热量 T
3
4
5
放热量(取绝对值）
2
1
热效率
s
44
理想混合加热循环的计算
热效率
45
29
过热器
汽轮机
发电机
2' 热用户 3
水泵 2 加热器 水泵 1
气体动力循环
30
气体动力循环分类
按结构 活塞式 汽车，摩托，小型轮船
叶轮式 航空，大型轮船，移动电站
汽油机 小型汽车，摩托 柴油机 中、大型汽车，火车，轮船 移动电站
按燃料
煤气机 航空
按点燃方式：点燃式（汽油机），压燃式（柴油机） 按冲程数： 二冲程，四冲程 31
2 2’
p0 0
1 V
40
四冲程高速柴油机工作过程
3—4 边喷油，边膨胀 近似 p 膨胀 p 3 4
t4可达1700~1800℃ 4 停止喷柴油 4—5 多变膨胀 p0 0 p5=0.3~0.5MPa t5500℃ 5—1’ 开阀排气， V 降压
2 2’
5 1’ 1 V
1—0 活塞推排气,完成循环
1 4
3 2
1
4 3
2
s
s 12
郎循环功和热的计算
汽轮机作功： 凝汽器中的定压放热量： h
1
水泵绝热压缩耗功： 4 锅炉中的定压吸热量： 3
13
2
s
郎肯循环热效率的计算
h
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
4 3
1
2
14
s
郎肯循环与卡诺循环比较
对比同温限1234’ T 4' 5 4 3 8 7 2 6 q2相同； q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温吸热4’1难实现
1
v
s
51
勃雷登循环的计算
吸热量：
T
2 1
3 4
放热量：
热效率：
s
52
勃雷登循环热效率的计算
热效率：
T
2 1
3 4
s
循环增压 比
t
53
第十章 小 结
蒸气动力装置循环:
1、熟悉郎肯循环图示与计算 2、郎肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理
54
第十章 小 结
1
对比5678
7点x太小,不利于汽 机强度(大于0.85)； 蒸汽过热,提高作功能 力,提高热效率; 8-5两相区难压缩； s wnet卡诺< wnet 朗肯15
如何提高郎肯循环的热效率
T 5 4 3
1 6 2 s
影响热效率 的参数？
p1, t1, p2
16
蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响
二、蒸汽再热循环(reheat)
T 5 4 3
2
4
1 a
6 b
再 热
1
b a 3
2
s
24
蒸汽再热循环的热效率
T 5 4 3
2
1 a
6 b
再热循环本身不一 定提高循环热效率
与再热压力有关 x2提高,给提高初 压创造了条件，选 取再热压力合适 (20%~30%P1)，一 般采用一次再热可 s 使热效率提高2％～ 3.5％。 25
3
第一节
蒸汽动力基本循环 ——朗肯循环
汽轮机 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
4
锅 炉
发电机 给水泵
凝汽器
大型坑口电站(陕西韩城电厂)
5
德国1.35MW核电站
6
凝汽器和冷却塔系统图
7
首台国产20万千瓦机组(辽宁朝阳电厂)
8
火电厂系统图
9
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）： 1 锅 炉 4 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热
放热量(取绝对值）
37
定容加热循环的计算
热效率
汽油易爆燃 一般汽油机
t
5 10
t 较低
压缩比
38
二、柴油机实际工作循环和理想循环
1、四冲程高速柴油机（混合加热循环）
空气
废气
吸气
压缩喷油
膨胀作功
排气
39
四冲程柴油机工作原理
四冲程高速柴油机工作过程
0—1 吸空气 1—2’ 多变压缩 一般n=1.34~1.37 p2’=3~5MPa t2’=600~800℃ 柴油自燃t=335℃ 2’ 喷柴油 2 开始燃烧 2—3 迅速燃烧，近似 V p↑5~9MPa p 3
•
1'
1 6
•
T1 x2'
t
，有利于汽机
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 • v2' 汽机出口 18 尺寸大
乏汽压力对郎肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
T 5 4 1 6 优点：
•
T2
t
4' 3 3'
2
2'
s
缺点： •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。冬天热效率高
汽油机实际工作循环
0—1 吸空气 1—2 多变压缩 2 火花塞点火燃烧 p 3
2 4 1’ 1
V
2—3 迅速燃烧，近似 V
3—4多变膨胀
p0
0
4—1’ 开阀排气， V 降压 (自由排气） 1’—0 活塞推排气,完成循环
34
2、汽油机实际工作循环的理想化
1) 工质: 定比热理想气体 工质数量不变
2) 忽略进、排气阀阻力，0—1和1’ —0抵消 开式闭式循环