华北电力大学课件,工程热力学 第11章、蒸汽动力装置循环

物
理 教
由于水泵功和汽轮机功相比很小，粗略计算中可以忽略不计，即：
研 室
wp wt
h3 h3
则：
t

wnet q1
h1 h2 h1 h4
称为理论热效率
2019年12月30日4时4分
()
(1) 循环效率
华
北
电 力
T
大
学 北
T1
京
动
力
系
4
工
程
热 物
3
理 教 研
T2 2
室
若考虑汽轮机的不可逆性，则：
（如内燃机、燃气轮机等）。
教
研
室
研究热机循环的目的：分析其热能利用的经济性（即热效率）、
影响热效率的因素、寻找提高热效率的途径。
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第十一章 蒸汽动力装置循环
蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant) ：
华 北
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期
()
11-1 蒸汽动力循环
1.简单的蒸汽动力装置
华
北
电
力
大 学
3
北 京
2
动
力
系
工
程
热 物
1
理 教
4
研
室
5
1.锅炉，boiler，加热 2.过热器，super heater,加热
q1
3.汽轮机，turbine，做功，Wt
4.凝汽器，condenser，放热，q2 5.给水泵，pump，增压，耗功，Wp
wt h1 h2a h1 h2 1
同样，水泵耗功也多于理论耗功：
2a 2
s
wp h3a h2
实际循环的热效率为：
i

h1

h2a h3a
h1 h3a
h2
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()
(1) 循环效率
华 北 电 力
汽轮机的相对内效率：
ri

h2

ri

h3 h2
p

h2

h3 h2
p


2019年12月30日4时4分
Leabharlann Baidu
()
(2) 技术指标
汽耗率：汽轮机发出单位功率所需要消耗的蒸汽流量，d (kg/kWh)。如
华 北
果汽轮机每小时消耗的蒸汽流量为D (kg/h)，发出的功率为Nnet (kW)， 则：
电 力 大 学
()
第11章、蒸汽动力装置循环
热能动力装置 ：将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简
华 称热机。
北
电
力 大
动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：
学
北 京
蒸汽动力装置循环：以蒸汽为工质的热机的工作循环
动 力
（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。
系
工
程 热
气体动力装置循环：以气体为工质的热机的工作循环
物 理
2019年12月30日4时4分
(1) 循环效率
()
华 循环功：
北 电 力 大 学
wnet wt wp q1 q2
h1 h2 h4 h3
北
京 动 力 系 工 程
循环热效率 t

wnet q1

h1 h2 h4 h3
h1 h4
热
北
京 手册》一书，是工程师和建筑师必备的
动
力 系
指南。1859年出版《蒸汽机和其它动
工 程 热
力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机
物 理
理论的经典著作。朗肯计算出一个热力
教
研 室
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年12月30日4时4分
电 力
蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，
大
学 北
促使资本主义诞生。
京 动
2）目前世界75%电力，国内80%电力来自火电厂，绝
力
系 工
大部分来自蒸汽动力。
程
热 物
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。
理 教 研
4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
室
()
2019年12月30日4时4分2
()
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 —朗肯循环(Rankine cycle)
实际功 理论功
h1 h2a h1 h2
大
学 北
水泵的效率：
京
p

理论泵功 实际泵功

h3 h2 h3a h2
动
力
系 工 程 热 物 理 教 研 室
实际效率：
i

h1
h1
h2
ri

h3 h2
p
h2 h3a h2

i

h1
h1
2~2`凝汽器中的定压放热过程 q2 h2 h2
2`~3给水泵中的绝热压缩过程
2
wp h3 h2
s
3~1锅炉中的定压加热过程
q1 h1 h3
朗肯循环就是水和水蒸气的 两个定压过程（热） 与
两个绝热过程（做功）的组合
2019年12月30日4时4分
()
华 北 电 力 大 学 北 京 动 力 系 工 程 热 物 理 教 研 室
Nnet

D 3600
wnet
kW
北 京
动 理论汽耗率为：
力 系 工 程 热 物 理 教 研 室
d D 3600
N net
wnet
kg / kWh
2019年12月30日4时4分
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(2) 技术指标
热耗率：机组发出1kW.h的功所要消耗的热量q0，kJ/kW.h。
华 北 电 力 大 学
蒸汽流量D kg/h，机组功率Nnet kW，每kW.h所需要消耗的蒸 汽流量为d kg/kW.h，单位质量蒸汽的循环吸热量为q1kJ/kg， 则郎肯循环的热耗率为：
湿蒸汽的膨胀于汽轮机不利。
s 湿蒸汽的压缩不易实现。
因此，实际的蒸汽动力循环不采用卡诺循环， 而采用朗肯循环：加热到过热蒸汽区，冷却到饱和水状态
2019年12月30日4时4分
3.朗肯循环
()
T
华
北 电
T1
力
大
学
北
京 动
4
力
系
工 程
3
热 物
T2
理
2
教
研
室
1~2汽轮机中绝热膨胀过程
1
wt h1 h2
一.简介
华 北 电 力 大 学 北 京 动 力 系 工 程 热 物 理 教 研 室
32019年12月30日4时4分
()
朗肯 W.J.M. Rankine，1820~1872年， 英国科学家。
华 1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁
北
电 力
堡。1855年被委任为格拉斯哥大学机
大 学
械工程教授。 1858年出版《应用力学
北
京 动 力 系
3600
3600 3600
q0 d q1 wnet q1 wnet / q1 t
kJ / kWh
2019年12月30日4时4分
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11-1 蒸汽动力循环
2.水蒸气的卡诺循环
华 北 电 力 大
学T
北 京
动
力 系 工
T1
程
热
物 理
T2
教
研
室
C
4
1
3
2
能量的实际利用率低，T1受到水 蒸气临界温度 (374.15°C)的限 制。热量从炉膛(1500 °C)传到 低于374.15°C的工质，做功能 力损失大；