水蒸气及蒸汽动力装置
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
蒸汽机工作原理
蒸汽机工作原理蒸汽机是一种利用蒸汽能量来产生动力的热机。
它将水加热转化为蒸汽，然后利用蒸汽的压力和体积变化来驱动活塞或者转子运动，从而产生机械功。
一、蒸汽机的基本原理蒸汽机的基本原理是通过将水加热转化为蒸汽，然后利用蒸汽的压力来推动活塞或者转子运动，从而产生机械功。
1. 蒸汽的产生蒸汽机中的水首先被加热，水中的热能转化为水份子的动能，使水份子运动加剧，水温升高。
当水温达到一定程度时，水开始沸腾，水份子变成气态的水蒸气，即蒸汽。
蒸汽的产生需要提供足够的热量，可以通过燃烧燃料、电加热或者其他方式来实现。
2. 蒸汽的压力蒸汽在形成过程中会产生一定的压力，这是由于蒸汽份子的运动速度增加，碰撞力增大导致的。
蒸汽的压力可以通过调节加热水的温度和压力来控制。
3. 蒸汽的扩容蒸汽的体积随着温度的升高而增大，这是由于蒸汽份子的热运动增加导致的。
蒸汽的扩容可以通过控制蒸汽的温度和压力来实现。
二、蒸汽机的工作过程蒸汽机的工作过程可以分为四个基本步骤：供热、蒸发、膨胀和排汽。
1. 供热蒸汽机的工作开始于供热阶段。
在供热阶段，燃料燃烧产生的热量被传递给锅炉中的水，使水加热。
当水温达到一定程度时，水开始沸腾，产生蒸汽。
2. 蒸发在蒸发阶段，加热后的水转化为蒸汽。
蒸汽的压力和温度取决于供热阶段中提供的热量和锅炉的设计参数。
蒸汽的压力越高，温度也越高。
3. 膨胀蒸汽在膨胀阶段利用其压力和体积变化来产生机械功。
蒸汽进入蒸汽机的活塞或者转子中，推动它们运动。
在活塞或者转子运动的过程中，蒸汽的压力逐渐下降，同时体积增大。
4. 排汽蒸汽在完成功的同时，也会失去一部份能量。
在排汽阶段，蒸汽被释放到大气中，同时也释放了其中的热能。
排汽后的蒸汽变成水蒸气，可以被再次循环利用。
三、蒸汽机的应用领域蒸汽机的工作原理被广泛应用于各个领域，特殊是在能源、交通和工业领域。
1. 能源领域蒸汽机被用作发电厂的主要动力装置，通过驱动发机电来产生电能。
蒸汽机还可以用于供热系统，提供热水和蒸汽供暖。
第十一章 蒸汽动力循环装置
第十一章蒸汽动力循环装置水蒸气是工业上最早使用来作为动力机的工质。
在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态。
因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。
此外，水和水蒸气不能燃烧，只能从外界吸收热量，所以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力装置。
由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油，甚至可燃垃圾。
§11－1简单蒸汽动力装置循环——朗肯循环1、工质为水蒸气的卡诺循环由第二定律可知，在相同温限内卡诺循环的热效率最高，而采用气体作工质的循环中，定温过程（加热及放热）难以实现，并且气体绝热线及等温线在p-v图上斜率接近，因此有w较小。
i在采用蒸汽做工质时，由于水的汽化和凝结，当压力不变时温度也不变，因而有了定温放热和定温吸热的可能。
又因为定温即是定压，其在p-v图上与绝热线斜率相差较大，因而可提高w，所以蒸汽机原则上可采用卡诺循环，如图中5－6－7－8－5所i示。
而实际的蒸汽动力装置中不采用上冻循环，其主要原因有以下几点：1）在压缩机中绝热压缩8－5过程难以实现；2）徨仅局限于饱和区，上限温度受临界温度的限制，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；3）膨胀末期，湿蒸汽干度过小，含水分甚多，不利于动力机安全。
所以，实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。
2、朗肯（Rankine）循环朗肯循环是最简单也是最基本的蒸汽动力循环，它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵4个基本的、也是主要的设备组成。
右图中为该装置的示意图。
水在锅炉中被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，凝结后的水在水泵中被压缩升压后，再回到锅炉中，完成一个循环。
为了突出主要矛盾，分析主要参数对循环的影响，与前述循环一样，首先对实际循环进行简化和理想化，略去摩阻及温差传热等不可逆因素，理想化后的循环由右图(a )所示的热力过程组成，对应的T-s 图如图(b )所示。
第九章蒸汽动力循环装置
第九章 蒸汽动力循环装置工业上最早使用的动力机是用水蒸气做工质的蒸汽动力装置。
在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态，如在蒸汽锅炉中液态水汽化产生蒸汽，经汽轮机膨胀作功后，进入冷凝器又凝结成水再返回锅炉，而且在汽化和凝结时可维持定温，因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。
此外，水和水蒸气不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以蒸汽循环必需配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力循环。
由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油,甚至可燃垃圾。
第一节简单蒸汽动力装置循环———朗肯循环一、 工质为水蒸气的卡诺循环热力学第二定律已证明，在相同温限内卡诺循环的热效率最高。
在采用气体作工质的循环中,因定温加热和放热难于进行，而且气体的定温线和绝热线在p-v图上的斜率相差不多，以致卡诺循环所作的功并不大，故在实际上难于采用。
在采用蒸汽作工质时，由于水的汽化和蒸汽的凝结，当压力不变时温度也不变，因而实际上也就有了定温加热和放热的可能。
更因这时定温过程亦即定压过程，在p-v图上其与绝热线之间的斜率相差亦大，故所作的功也较大。
所以，以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环，如图11-1中循环6-7-8-5-6所示。
然而在实际(b)(a)图9-1 水蒸气的朗肯循环的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环，其主要原因是：首先，在压缩机中绝热压缩过程8-5难于实现，因状态8是水和蒸汽的混合物，压缩过程中压缩机工作不稳定，同时状态8的比体积比水的比体积大得多，需用比水泵大得多的压缩机；其次，循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；再次，膨胀末期，湿蒸汽干度过小，即含水分甚多，不利于动力机安全。
实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。
二、朗肯循环及其热效率简单蒸汽动力装置流程示意图如图9-2所示，其理想循环———朗肯循环图9-2简单蒸汽动力装置流程示意图的p-v图和T-s图见图9-1。
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→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 y T 的计算公式 y T 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3点的湿蒸汽比容比水大的多'23νν>'232000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大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。
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。
蒸汽动力装置
安装布置
安装布置
蒸汽动力装置的安装布置以俄罗斯“现代”级(SOVERMENNY)驱逐舰具有普遍的代表性, 主锅炉、蒸汽轮机 及齿轮箱通常设置在同一个水密舱中, 组成完整的一套蒸汽动力装置。通常左、右舷分别安装布置主锅炉、蒸汽 轮机及齿轮箱。原则上机舱中各设备的布置应便于安装、调试、操作、维修与损害管制, 并尽可能使机舱内形成 一环形通道, 以便于舰员在应急状态下及时到达战位。
特点
特点
蒸汽动力装置由于汽轮机采用高参数工质和高转速工作转子的连续工作过程, 所以机组功率大；工作时运转 稳定、噪音小、振动小、工作可靠性好, 寿命长、使用期限可高达105小时以上；可使用劣质燃料油等。但由于舰 用蒸汽动力装置的单位功率的质量大, 尺寸大, 管路系统复杂；燃油消耗率大, 装置效率低；在相同的燃料储藏 量, 其续航力低；机动性差, 暖机所需时间长, 工况过渡时间也长, 对于舰船动力来说是其致命的弱点, 因此从 发展的眼光来看限制了舰船蒸汽动力装置的发展。
简述蒸汽动力装置中冷凝器的作用。
简述蒸汽动力装置中冷凝器的作用。
蒸汽动力装置是一种常用的能量转换装置，广泛应用于发电、汽车、船舶等领域。
在蒸汽动力装置中，冷凝器是一个关键的组件，它的作用是将蒸汽冷凝成水，从而使其重新进入锅炉回路循环使用，以提高能量利用效率。
本文将详细介绍蒸汽动力装置中冷凝器的作用及其工作原理。
冷凝器位于蒸汽动力装置的末端，位置接近于涡轮机的出口。
当蒸汽流经涡轮机后，会形成高温高压蒸汽。
这时，进入冷凝器的蒸汽会受到冷却，并逐渐转化为水。
冷凝器的作用主要有以下几个方面：1. 能量回收：冷凝器能够将蒸汽的潜热转化为热量释放出来，使其温度降低。
通过这种方式，蒸汽动力装置可以回收并再次利用蒸汽中的能量，提高能量利用效率。
冷凝器回收的热量可以用于加热液体、供暖、生活热水等用途，进一步提高能源利用效率。
2. 减压：蒸汽经过涡轮机后的压力较高，需要通过冷凝器进行降压。
冷凝器内部的管道设计使蒸汽在流动中逐渐降压，使其达到与锅炉前的压力相适应。
这种降压的过程可以保证整个系统的稳定性，减少蒸汽管道和设备的压力冲击。
3. 水循环：通过冷凝器，蒸汽被冷凝成水后，可以重新进入锅炉回路，形成循环。
这种循环可以减少水的消耗，降低成本，同时也减少了对自然水资源的需求，具有环保的优势。
冷凝器的工作原理如下：蒸汽在进入冷凝器后，首先与冷却介质（通常为冷水或冷却塔冷却水）进行热量传递，蒸汽的温度逐渐降低。
热量传递的方式通常是通过冷凝器内外表面的热传导，也可以通过喷淋装置将冷却介质喷洒到冷凝器内部，使蒸汽与冷却介质之间充分接触。
冷凝器内部通常有大量的管道，用于增加热交换面积，提高热传导效率。
此外，冷凝器内部还设置有冷凝器表面使水蒸气通过冷凝器内部的管道流动时不会形成干度过高，影响热量传递的阻塞物。
冷却介质在与蒸汽进行热量交换后，会被加热，形成热水或蒸气。
这些热水或蒸气可以再次利用，例如用于供暖或发电。
最后，蒸汽在冷凝器内部的热量传递过程中，逐渐冷凝成水。
第十章 蒸汽动力循环装置
热效率:
b
c
2
0
图10-9 再热循环的T-s图
s
四、再热压力对循环热效率大小的影响
T
1
T1
1
1
T 1'
5
T1
T 1"
4
6
T2
3 2 2'
2
s
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1 p1<10MPa，一般不采用再热 10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热
目录
第十章 10-1 10-2 10-3
蒸汽动力循环装置
简单蒸汽动力装置循环(朗肯循环) 再热循环 回热循环
10-4* 热电合供循环
10-5* 几种与蒸汽有关的动力循环
•
教学目标：掌握蒸汽动力循环及其计算方法。
•
知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循
环；热电循环；蒸汽—燃气联合循环。
发 电 机
T
2
q2
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
实际的蒸汽动力循环都是以 朗肯循环为基础的。
1
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
q1
锅 炉
B
T
汽 轮 机
2
发 电 机
q2
凝汽器 给水泵
4 C
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝 3—4：给水泵中绝热压缩
10-3
回热循环
对于一级抽汽回热循环，每千克状态
为1的新蒸汽绝热膨胀到状态01（p01,t01），
蒸汽动力循环装置
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
二、初参数对朗肯循环热效率的影响
1、初温t1 初温t
T1 ↑ T2不 ⇒ ηt ↑ 变
or 循环1t2t3561t 循环1 =循环123561+循环11t2t21 循环12心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
蒸汽电厂示意图
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 11—郎肯循环(Rankine cycle)
一.简介 1、水蒸气的卡诺循环 6ab56
水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 水蒸气卡诺循环有可能实现， 1）温限小； 温限小； 2）膨胀末端x太小； 膨胀末端x太小； 3）压缩两相物质的困难； 压缩两相物质的困难； 所以，实际并不实行卡诺循环。 所以，实际并不实行卡诺循环。
b）循环内部热效率 (忽略泵功） 忽略泵功）
ηi =
w act net, q1
=
w,Tact t q1
h −h2act ηT ( h −h2 ) 1 1 = = =ηTηt h −h2' h −h2' 1 1
ws—有效轴功 ηm—机械效率
热与流体研究中心
c）装置有效热效率ηe（考虑机械损失） 装置有效热效率η 考虑机械损失）
a）流程图
b）p-v，T-s 及 h-s 图
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
w,T = h −h2 ? cp (T −T2 ) w, p = h4 −h3 = t t 1 1 w = w,T − w, p net t t
什么是蒸汽机？
什么是蒸汽机？蒸汽机是一种利用水蒸气来推动机器运转的装置。
蒸汽机的发明彻底改变了人们的生产和生活方式，是人类历史上重要的技术革命之一。
本文将从以下几个方面介绍蒸汽机。
一、蒸汽机的发明历程蒸汽机的发明历程可以追溯到古希腊时期的赫罗·亚力斯多德，但真正意义上的蒸汽机是由詹姆斯·瓦特于18世纪末发明。
随着蒸汽机的不断改进，18世纪末到19世纪初成为了蒸汽机热潮时期，为人类带来了巨大的工业变革。
二、蒸汽机的工作原理蒸汽机的工作原理是利用水的蒸发和凝结来推动机器的运转。
蒸汽从锅炉中产生，通过管道输送到活塞上，进而把活塞向上推动。
此时，液态水被复位弹簧推回结果中，蒸汽被冷却凝结成水，如此循环运作，就可以使机器不断运转。
三、蒸汽机的应用领域蒸汽机的应用领域包括了很多方面，如工业生产、运输和发电等。
在经济起步阶段的欧美国家，机械化的工业生产以及大规模的铁路建设，都需要蒸汽机提供动力。
此外，蒸汽机还被广泛应用于轮船和火车上，使得人类的移动速度大幅提升。
四、蒸汽机的未来发展虽然在工业革命时期，蒸汽机扮演了十分重要的角色，但随着科技的不断进步，蒸汽机的应用范围逐渐缩小。
现代化的电动机、燃油机等取代了蒸汽机的地位。
但作为人类的文化遗产，蒸汽机的文化价值不言而喻，在推广普及科学知识和弘扬传统文化方面也有其独特的作用。
结语蒸汽机的发明革命了人们的生产方式，开启了人类工业革命的新篇章。
蒸汽机引领了人类工业文明发展的潮流，唤醒了人类对科技的无限向往。
尽管当今的科技已经发展到了极为成熟的阶段，但蒸汽机在人类历史上的地位和文化价值，却是不能被忽视的。
蒸汽动力循环装置提高效率的方法
蒸汽动力循环装置提高效率的方法1. 使用多级蒸汽动力循环装置：通过增加多个蒸汽轮机和各个级别的回热器，可以充分利用热能，提高装置的效率。
每个级别都利用已经冷却的蒸汽，使其再次加热，并选择不同的压力点以充分利用能量。
2. 使用高效的燃烧系统：采用高效的燃烧系统，如流体化床燃烧器或气化燃烧器，可以更充分地燃烧燃料，并减少烟气中的污染物生成。
这不仅可以提高燃料利用效率，还可以减少对环境的负面影响。
3. 优化锅炉和回热器设计：通过优化锅炉和回热器的设计，增加燃料燃烧的热能传递，从而提高装置的热效率。
增加燃料燃烧的燃烧时间和温度，减少烟气温度和烟气中的热量损失。
4. 使用高效的蒸汽涡轮机：选择高效的蒸汽涡轮机，可以减少能量损失，提高装置的效率。
采用多级蒸汽涡轮机和温度叶片等先进技术，可以更好地利用蒸汽的能量。
5. 采用热能储存系统：通过采用热能储存系统，可以在低耗电负荷时存储部分热能，然后在高耗电负荷时释放。
这种方式可以平衡装置的能量供应，提高效率。
6. 优化循环过程：通过优化蒸汽动力循环装置的操作参数，如水蒸气的压力和温度，可以提高装置的性能。
选择合适的循环压力，以在蒸汽生成和排气过程中最大限度地提高效率。
7. 进行余热回收：通过在涡轮蒸汽排气过程中回收余热，可以充分利用热能，减少能量损失。
采用热交换器将排气蒸汽中的热量传递给进料水，从而提高装置的热效率。
8. 使用高效的冷凝器：选择高效的冷凝器，可以将涡轮蒸汽排气中的热量更充分地释放出来，并转化为有用的能源。
通过减少蒸汽在冷凝器中的压力损失，可以提高装置的效率。
9. 优化冷却水系统：通过优化蒸汽动力循环装置的冷却水系统，可以提高冷凝的效率。
使用高效的冷却塔或换热器，以便更好地冷却循环水，并减少冷却水的消耗。
10. 定期维护和清洁：定期进行设备维护和清洁，以确保蒸汽动力循环装置的正常运行。
清洁涡轮叶片和燃烧器，消除积碳和污垢，可以提高设备的性能和效率。
定期检查和更换老化的设备部件，也可以减少能量损失和系统故障。
华北电力大学课件,工程热力学 第11章、蒸汽动力装置循环_1515
理 想 情 况 下 汽 轮 机 功 ： w T h 1 h 2 3 4 3 2 . 1 1 9 9 0 . 3 1 4 4 1 . 8 k J / k g
w p h 3 h 2 v 2 p 1 p 2
v2 0.0010m3 0/k5g2
w p1.0 4k7/Jkg
p114 16 0Pa p250P 00 a
2019/5/3
理 想 情 况 下 水 泵 功 ： w p h 3 h 2 v 2 p 1 p 2 1 4 . 0 7 k J / k g
2019/5/3
2
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 —朗肯循环(Rankine cycle)
一.简介
32019/5/3
朗肯 W.J.M. Rankine，1820~1872年， 英国科学家。
1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁 堡。1855年被委任为格拉斯哥大学机 械工程教授。 1858年出版《应用力学 手册》一书，是工程师和建筑师必备的 指南。1859年出版《蒸汽机和其它动 力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机 理论的经典著作。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。 1872年12月24日于格拉斯哥逝世。
2019/5/3
(1) 循环效率
汽轮机的相对内效率： ri实 理际 论功 功 hh11hh22a
水泵的效率：
p实 理际 论 泵 泵 hh33a 功 功 hh2 2
实际效率：
i h1h1h2h2rih3ah3h2ph2
第十章水蒸气及蒸汽动力循环
sx (1 x)s xs s x(s s) vx (1 x)v xv v x(v v)
即，如已知湿饱和蒸汽干度x，即可利用饱和水及干饱和蒸汽的状 态参数，求得湿饱和蒸汽的相应状态参数的数值。
三、降低乏汽压力对热效率的影响
设初温T1＝const，初压p1＝const 降 低 乏 汽 的 压 力 p2 → 与 乏 汽 压 力 相 应 的饱和温度也随着降低，放热过程2'-3'要比 原过程2-3有较低的放热温度，即T2‘＜T2。 虽 然 这 时 加 热 过 程 的 起 点 T0 也 降 低 为 T0’， 但它对整个加热过程的平均加热温度影响 很小。 因而，由等效卡诺循环的热效率公式 可 知 ， 降 低 乏 汽 的 压 力 p2， 可 以 提 高 朗 肯 循环的热效率。 乏汽的凝结温度主要取决于自然环境 中冷却介质的温度。当乏汽的凝结温度降 低到28℃时，乏汽的压力相应地降低为 0.0039MPa左右。
朗肯循环热效率分析
循环工质吸热 q1＝h1－h0
工质放热
q2 h2 h3
汽轮机所作轴功 水泵耗功
(ws,T)1-2＝h1－h2
(ws,p )30 h0 h3
循环净功 w0 (ws,T )12 (ws,p )30 (h1 h2 ) (h0 h3 )
朗肯循环热效率
p↑→ts↑，q'↑
定压预热过程的能量转换关系为
q h h0.01 (u u0.01) p(v v0.01)
因v’≈v0.01，所以
q h h0.01 (u u0.01)
热工计算仅需计算Δh及Δu，故可任取某个状态作为计算的零 点。国际水蒸气性质会议规定，水的三相点状态下u＝0。
9蒸汽动力循环
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。 背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
第九章 小 结 Summary
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
How can we increase the efficiency of the Rankine cycle
T 5 4 3 2 s 1 6
h1 h2 t h1 h3
影响热效率的参数？
p1
t1
p2
蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 5 优点：
• •
T1 v2'
t
1 4
3 2
1
4 3
2
s
s
郎肯循环与卡诺循环
对比同温限1234’ q2相同； q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温 吸热4’1难实现 对比5678
T
4'
5 4 3 8 6
1
7 2 s
7点x小,不利于汽机 安全； 8-5两相区 难压缩； wnet卡诺小
郎肯循环功和热的计算
，汽轮机出口
5'
1' 1 6'
6
4
4'
3
2' 2
s
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
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
水蒸气及其动力循环
该循环称为朗肯循环 ，也称为简单蒸汽动 力装置循环
• 郎肯循环向外输出的净功W 为汽轮机输出功与水泵耗功之差 即 W0=W-Wp=（h1-h2）-（h4-h3） 郎肯循环的热功率 η=W0/q1=（h1-h2）/(h1-h2`)
中间再热循环
• 高温高压蒸汽从锅炉出来后，到汽轮机做 功，其温度及压力都有所下降，将这个蒸 汽再送回锅炉中再次加热升压，出来后再 送到汽轮机做功。这种再热方式能够提高 蒸汽的利用率，提高整套机械的工作效率。
第一节 水蒸气的定压形成过程及图表应用
一、基本概念 1、汽化：物质由液态转变为汽态的现象 2、液化：由汽态转变为液态的现象 3、蒸发：一种通过液体表面进行的比较缓慢的汽 化现象 4、沸腾：液体表面和液体内部同时进行的剧烈的 汽化现象
5、饱和状态：当汽化速度等于液化时，汽、液两 相将处于动态平衡，这种平衡状态就是饱和状态， 此时的压力为饱和压力，此时的温度为饱和温度。
• 间壁式换热器
• 间壁式换热器的特点是冷、热两流体被固 体壁面隔开，不相混合，通过间壁 进行热 量的 交换。
• 在火电厂是应用最多的，如锅炉中各汽水 受热面，回热加热系统中的高、低压加热 器等。
再生式换热器
• 换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体 通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起 来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受 火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶 段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用 ，即当热气体进入一器时，冷气体进入另 一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄 热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空 气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热 式裂化炉。
• （三）辐射传热
• 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递 称为热辐射。热辐射与热传导和对流传热 的最大区别就在于它可以在完全真空的地 方传递而无需任何介质。
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1.水的三相点的状态参数是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？
2.刚性绝热的密闭容器内水的压力为4MPa,测得容器内温度为200℃，试问容器内的水是什么集态？因意外事故容器上产生了一不大的裂缝，试分析其后果？
3.水的定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即
w
q=，对
不对？为什么？
4.由于
T
c
h T
T
p
p
∆
=
∆2
1普遍适用于一切工质，所以有人说水定压汽化时温度不变，因此
其焓变量
2
1
=
∆
=
∆T
c
h T
T
p
p。
这一推论错误在哪里？
5.饱和蒸汽郎肯循环（图10-1中循环 6-7-3-4-5-6）与同样初压力下的过热蒸汽朗肯循环（图
10-1中循环1-2-3-4-5-6-1）相比较，前者更接近卡诺循环，但热效率却比后者低，如何解释此结果？
6.本世纪二三十年代，金属材料的耐热性仅达400℃，为使蒸汽初压提高，用再热循环很有必要。
其后，耐热合金材料有进展，加之其他一些原因，在很长一段时期内不再设计制造按再热循环工作的设备。
但近年来随着初压提高再热循环再次受到注意。
请分析其原因。
7.图11-2所示回热系统中采用的是混合式回热器，靠蒸气与水的混合达到换热的目的。
另有
一种表面式换热器，如图10-3所示，蒸汽在管外冷凝，将凝结热量传给管内的水，这种布置可减少系统中高压水泵的数量。
试分析这种系统在热力学分析上与混合式系统有否不同？
8.各种实际循环的热效率无论是内燃机循环，燃气轮机循环，或是蒸汽循环都肯定地与工质性质有关，这些事实是否与卡诺定理相矛盾？
9.蒸汽动力循环中，在动力机中膨胀作功后的乏汽被排入冷凝器中，向冷却水放出大量的热量
q2，如果将乏汽直接送入汽锅中使其再吸热变为新蒸汽，不是可以避免在冷凝器中放走大量热量，从而减少对新汽的加热量q1大大提高热效率吗？这样想法对不对?为什么？
10.用蒸汽作为循环工质，其吸热和放热接近定温过程，而我们又常说以定温吸热和定温放热最为有利，可是为什么在大多数情况下蒸汽循环反较柴油机循环的热效率低?
11.应用热泵来供给中等温度(例如100℃上下)的热量是比直接利用高温热源的热量来得济，因此有人设想将乏汽在冷凝器中放出热量的一部分用热泵提高温度，用以加热低温段(100℃以下)的锅炉给水，这样虽然需要增添热泵设备。
但却可以取消低温段的抽汽回热，使抽汽回热设备得以简化，而对循环热效率也能有所补益。
这样的想法在理论上是否正确?
12.热量利用系数ξ
说明了全部热量的利用程度，为什么又说它不能完善地衡量循环的经济性？
13.总结一下气体动力循环和蒸汽动力循环提高循环热效率的共同原则。
1. 答：水的三相点状态参数不是唯一的，其中温度、压力是定值而比体积不是定值；临界点是唯一的，其比体积、温度、压力都是确定的；三相点是三相共存的点，临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点，在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。
2. 答：水的集态为高压水，若有裂缝则会产生爆裂事故。
3. 答：这种说法是不对的。
因为温度不变不表示热力学能不变。
这里分析的是水，定压汽化有
相变，不能作为理想气体来处理，所以
≠
∆u。
不能得到w
q=
这样的结果。
4. 答：
T
c
h T
T
p
p
∆
=
∆2
1适用于理想气体，不能应用于水定压汽化过程，水不能作为理想气体来
处理。
5. 答：图10-1中循环6-7-3-4-5-6局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，导致其平均吸热温度较低，故即使实现卡诺循环其热效率也不高。
6. 答：通过对热机的效率进行分析后知道，提高蒸汽的过热温度和蒸汽的压力，都能使热机效率提高。
在本世纪二三十年代，材料的耐热性较差，通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率比较困难，因此采用再热循环来提高蒸汽初压。
随着耐热材料的研究通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率就可以满足工业要求。
因此很长一段时期不再设计制造再热循环工作设备。
近年来要求使用的蒸汽初压提高，由于初压的提高使得乏气干度迅速降低，引起气轮机内部效率降低，另外还会侵蚀汽轮机叶片缩短汽轮机寿命，所以乏气干度不宜太低，必须提高乏气温度，就要使用再热循环。
7. 答：计算回热循环主要是计算抽气量。
1）对于混合式回热加热器对如图11-4所示的N 级抽汽回热的第j 级加热器，列出质量守恒方程为
()()
∑∑+-=-=-=
-+11
1
11j N k k
j N k k j ααα
能量守恒方程为
()()'01
1
'
1
,01
011j
j N k k
j j N k k j j h
h
h ∑∑+-=+-=-=
-+ααα
解得第j 级抽气量为
'
1
,00'
1
,0'011++-=--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑j j j j j N k k j h h h h αα
2）对于表面式回热加热器，其抽气量仍是通过热平衡方程求取
()()
'
1,0'0'00+-=-j j j j j h h h h α
'00'
1,0'0j
j j j j h h h h --=
+α
8. 答：这与卡诺定理并不矛盾。
卡诺定理当中的可逆循环忽略了循环当中所有的不可逆因素，不存在任何不可逆损失，所以这时热能向机械能转化只由热源的条件所决定。
而实际循环中存在各种不可逆损失，由于工质性质不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的，因此其热效率与工质性质有关。
9. 答：这样的想法是不对的。
因为从热力学第二定律来讲一个非自发过程的进行必定要有一个自发过程的进行来作为补充条件。
乏气向冷取水排热就是这样一个补充条件，是不可缺少的。
10. 答：柴油机的汽缸壁因为有冷却水和进入气缸的空气冷却，燃烧室和叶片都可以冷却，其材料可以承受较高燃气温度，燃气温度通常可高达1800-2300K ，而蒸汽循环蒸汽过热器外面是高温燃气里面是蒸汽，所以过热器壁面温度必定高于蒸汽温度，这与柴油机是不同的，蒸汽循环的最高蒸汽温度很少超过600K.。
因此蒸汽循环的热效率较低。
11. 答：这种想法是不正确的。
回热循环是是通过减少了温差传热不可逆因素，从而使热效率提高，使该循环向卡诺循环靠近了一步。
而该题中的想法恰恰是又增加了 温差传热不可逆因素。
因此对效率提高是没有好处的。
12. 答：热量利用系数说明了全部热量的利用程度，但是不能完善的衡量循环的经济性。
能量分为可用能与不可用能，能量的品位是不同的。
在实际工程应用中用的是可用能。
可用能在各个部分各个过程的损失是不能用热量利用系数来说明的。
13. 答：提高循环热效率的共同原则是：提高工质的平均吸热温度。