工程热力学与传热学(中文) 第6章 蒸汽动力装置循环
工程热力学课件10蒸汽动力循环
`
作业
第4版：P345 习题10-2
二、回热循环
从汽轮机中某个部位抽取经过 适当膨胀后的蒸汽，其温度总高于 凝结水的温度，用来预热锅炉给水， 使得水的加热过程从较高温度开始， 使平均加热温度增高，而平均放热 温度不变，从而提高循环热效率。
0’-1—1kg水蒸气的定压吸热过程， 1-a—1kg水蒸气的绝热膨胀过程； a-b—从汽轮机中抽出的αkg蒸汽回热器中定压回热过程； a-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸气的绝热膨胀过程， 2-3—(1－α)kg乏汽的定压放热过程， 3-0—(1－α)kg水的绝热加压过程， 0-b—(1－α)kg水在回热器中的定压预热过程； b-0’—回热后重新汇合后的1kg水的绝热加压过程。
第一节
水蒸汽作为工质的卡诺循环
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（647.3K），
效率不高。
3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。
第二节
基本蒸汽动力装置的理想循环——朗肯循环
一、朗肯循环及其工作过程
简单蒸汽动力装置 的主要热力设备：蒸汽 锅炉、汽轮机、冷凝器 和给水泵。
工作过程：当蒸汽在汽轮机的高 压汽缸中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 送至再热器重新加热，使蒸汽的温度 再次达到较高的温度，然后送回汽轮 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 采用再热措施的理想循环称为再热 循环。
蒸汽再热循环的热效率
再热循环本身不一 定提高循环热效率 与再热压力有关 x2 ,给提高初压创 造了条件，选取再 热压力合适，一般 采用一次再热可使 热效率提高2％～ 3.5％。
四、 汽耗率
汽耗率也是衡量蒸汽动力装置工作好坏的重要 经济指标之一。汽耗率ｄ表示每产生1千瓦小时的功 (等于3600kJ）需要消耗多少kg的蒸汽。 １kg蒸汽在一个循环中所作的功为
工程热力学热力循环的热力学模型与计算方法
工程热力学热力循环的热力学模型与计算方法工程热力学是研究能量转换和能量传递的学科，而热力循环是工程热力学中常见的能量转换方式。
在热力循环系统中，我们希望能够准确地评估其热力学性能，以便进行优化设计和性能分析。
本文将讨论热力循环的热力学模型和计算方法。
一、热力循环的基本原理与模型工程热力循环包括蒸汽动力循环、冷空气循环、制冷循环等多种形式，其中以蒸汽动力循环最为常见。
蒸汽动力循环是利用水蒸汽作为工质，在蒸汽锅炉中通过燃烧燃料产生高温高压蒸汽，然后通过涡轮机等能量转换装置将蒸汽的热能转化为机械能。
热力循环的基本原理是根据能量守恒和热力学第一定律建立的，可以通过一系列的热力学模型来描述。
在蒸汽动力循环中，主要涉及的热力学模型有蒸发模型、膨胀模型、压缩模型和冷凝模型。
蒸发模型用于描述蒸汽锅炉中的燃烧过程，通过燃料的燃烧产生热能，将水加热为高温高压蒸汽。
膨胀模型用于描述蒸汽在涡轮机中的膨胀过程，将热能转化为机械能。
压缩模型用于描述冷却水泵等装置对蒸汽进行压缩的过程，使其能够回到蒸汽锅炉中重新加热。
冷凝模型用于描述冷凝器中蒸汽的冷凝过程，将蒸汽的热能释放到冷却水中。
二、热力循环的计算方法热力循环的计算方法主要包括热量平衡计算和功率计算。
热量平衡计算是热力循环分析的基础，用于计算系统中传递的热量。
在热力循环系统中，热量的传递主要包括燃烧热的传递、换热器的传热和冷凝器的传热。
通过计算各个部件的热量平衡，可以得到系统中的热量转移情况。
功率计算是热力循环分析的重要部分，用于评估系统的能量转换效率。
功率计算主要涉及涡轮机的热力学性能和效率计算。
在蒸汽动力循环中，可以通过燃烧热的释放和蒸汽涡轮的工作来计算系统的净功率输出。
同时，还可以根据涡轮机的输入功率和输出功率计算涡轮机的效率。
在热力循环的计算过程中，还需要考虑一些影响系统性能的因素，如压力损失、能量损失和效率损失等。
这些因素将直接影响系统的总体性能和能量利用率。
三、热力循环的优化设计热力循环的优化设计是提高系统性能和能量转换效率的关键。
工程热力学六动力装置循环课件
VS
此外，随着环保要求的提高和清洁能 源的推广，燃气-蒸汽联合循环在垃 圾焚烧发电、生物质能利用等领域也 具有广阔的应用前景。
核能动力装置循环
核裂变反应原理
01
02
核裂变反应
链式反应
03 临界质量
核裂变反应堆工作原理
反应堆
冷却剂 安全壳
核能动力装置的应用
核电站
核潜艇
核动力航空母舰
THANKS
详细描述
斯图加特循环由德国工程师鲁道夫·斯图加特在20世纪30年代发明，通过改进进气和排气过程，减少热量损失， 提高了内燃机的热效率。
燃气轮机动力装置循环
布雷顿循环
总结词
详细描述
回流燃烧室循环
总结词
提高燃气轮机效率的循环方式。
VS
详细描述
回流燃烧室循环通过在燃烧室内形成回流， 增加燃料与空气的混合时间和燃烧程度， 从而提高燃烧效率。同时，回流还使得燃 烧室内压力升高，提高了循环热效率。
燃气-蒸汽联合循环实现了能量的梯级利用，提高了能源利用效率。同时，由于燃气轮机和蒸汽轮机分别在不同的压力和温度 下工作，因此可以充分利用各种燃料，包括低热值燃料。
燃气-蒸汽联合循环效率分析
燃气-蒸汽联合循环的应用
燃气-蒸汽联合循环广泛应用于电力、 工业、交通等领域的能源转换和利用。 在电力领域，燃气-蒸汽联合循环发 电厂具有建设周期短、投资少、运行 灵活等优点，是中小型电站和分布式 能源系统的优选方案之一。在工业领 域，燃气-蒸汽联合循环可以用于各 种工艺流程中的余热回收和能量转换。 在交通领域，燃气-蒸汽联合循环可 以用于车辆发动机的余热回收和能量 利用。
回热循环
总结词
详细描述
回热循环通过将部分做功后的蒸汽抽 出，引入回热器加热锅炉中的给水， 提高给水温度，减少锅炉中燃料消耗， 从而提高整个循环的热效率。
华科热力学蒸汽动力装置循环讲课文档
550,535
20万， 30万，
60万
25
⑸ 汽轮机的相对内效率和汽耗率
实际的汽轮机内部过程是不可逆的
①汽轮机的相对内效率（定熵效率）
T
h1 h2 h1 h2s
②汽耗率Steam Rate (d)
装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
The mass of steam used to perform a unit of work.
• 燃烧产物不参与循环，因此蒸汽动力装置可以使用各 种常规的固体、液体、气体燃料及核燃料，可以利用 劣质煤和工业废热，还可以利用太阳能和地热等能源 ，这是这类循环的一大优点。
20222//11//1100
2
第二页，共53页。
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3
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低参数
汽轮机进 汽压力
（MPa）
汽轮机进 汽温度 （℃）
发电机功 率 （P/ kW）
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1.3
340
1500 ～
3000
中参数
3.5
435 6000
～ 25000
高参数 9
535 5~10
万
超高参数 13.5
550,535 12.5万,20
万
亚临界参 数
蒸汽参数对循环热效率的影响归纳(续)
• 3. 尽管采用较高的蒸汽参数，但由于水蒸汽性质的限 制，循环吸热平均温度仍然不高，故对蒸汽动力循环 的改进主要集中于对吸热过程的改进，即采用种种提 高吸热平均温度的措施。
2022/11//1100
24
第二十四页，共53页。
工程热力学第六章水蒸气
第六章 小 结
1、熟悉pT相图 2、熟悉1点2线3区5态 3、会查图表 4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表
示，会计算 q、wt
" '
y xy" (1 x ) y '
y y x " y y'
'
已知p或T (h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+ 干度 x
h ,v ,s
6-4
两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
x=1
汽
干饱和蒸
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
工程热力学第11讲-第6章热力循环
2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变，p2 ↓
T
1
优点： •T2 ↓ ηt ↑ 4
5
6
缺点： 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa， 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ，已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义： kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
优点： 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器 缺点： 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发电厂 一般为 4～8级。
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量： 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功： s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率：
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好环保性能， 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
第六章蒸汽动力装置
第六章蒸汽动力装置部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑第六章 动力装置循环英文习题1. Power generation by a steamturbineThe power output of an adiabaticsteam turbine is 5MW, and the inlet and the exit conditions of the steam are as indicated in Fig.6-1.(a> Compare t he magnitudes of Δh, Δke, Δpe.(b> Determine the work done per unit mass of the steam flowing through the turbine. (c> Calculate the mass flow rate of the steam.b5E2RGbCAP 2. The simple ideal Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the simple ideal Rankine cycle. The steam enters the turbine at 3 MPa and 350℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 75 kPa. Determine the thermal efficiency of this cycle.p1EanqFDPw3. Effect ofboilerpressure andtemperatureonefficiencyDXDiTa9E3dFIGURE 6-1FIGURE 6-2Consider asteam powerplantoperatingon the ideal Rankine cycle. The steam enters the turbine at 3 MPa and 350℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. Determine (a> the thermal efficiency of this power plant, (b> the thermal effic iency if the steam is superheated to 600℃ instead of 350℃, and (c> the thermal efficiency if the boiler pressure is raised to 15 MPa while the turbine inlet temperature is maintained at 600℃.RTCrpUDGiT 4. The ideal reheat Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the ideal reheat Rankine cycle. Steam enters the high-pressure turbine at 15 MPa and 600℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. If the moisture content of the steam at the exit of the low-pressure turbine is not to exceed 10.4 percent, determine (a> the pressure at which the steam should be reheated and (b> the thermal efficiency of the cycle. Assume the steamisFIGURE 6-3reheated to the inlet temperature of the high-pressure turbine.5PCzVD7HxA5. The idealregenerative Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the ideal regenerative Rankine cycle with one open feedwater heater. Steam enters the turbine at 15 MPa and 600℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. Some steam leaves the turbine at a pressure of 1.2 MPa and enters the open feedwater heater. Determine the fraction of steam extracted from the turbine and the thermal efficiency of the cycle.jLBHrnAILg工程热力学与传热学 第六章动力装置循环习题1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图，简单蒸汽动力装置循环的p-v 图与T-s 图。
工程热力学与传热学(英文) 第6章 动力装置循环
t
h1 h1
h2 h3
h 1 f ( p1 , t1 ) h 2 f ( p1 , t1 , p2 ) h 3 f ( p2 )
t
h 1 h 2 h 1 h 3
1 T2 T1
T
1
T1
5 p1 6
4
Heat addition average temperature
吸热平均温度 T1 Thigh ,av
• Lowering the condenser pressure • Superheating the steam to high temperature • Increasing the boiler pressure
Improving Rankine cycle（改进朗肯循环） • Reheat Rankine cycle（再热循环） • Regenerative Rankine cycle（回热循环） • Combined thermal-electrical power cycles（热电联供循环等）
6-1-4 The ideal reheat Rankine cycle（再热循环）
Question
How can we take advantage of the increased efficiencies at higher boiler pressures without facing the problem of excessive moisture at the final stages of the turbine?
state 2 — state 3
1
saturated liquid-vapor mixture — saturated liquid
工程热力学蒸汽动力循环装置PPT课件
T
wt ,act wt
h1 h2act h1 h2
h2act h2 1T h1 h2 h2 1T h0
h0 h1 h2 称为理想绝热焓降
大功率汽轮机的ηT在0.85~0.92之间
▪ 实际循环内部功wnet,act：每千克蒸汽在实际工作循环中作出的循 环净功
wnet,act wt,act wP,act wt,act h1 h2act
1 1 h1 1 1 h1
h2 h2
h1 h1
h2 h2
▪ 回热循环工质平均吸热温度提高，平均放热温度不变，故循环热效率 提高，大于单纯朗肯循环热效率
第34页/共44页
▪ 回热循环工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，节省金属材料 ▪ 由于汽耗率增大，汽轮机高压端蒸汽流量增加，低压端流量减小，
wt
wp q1
h1 h2 h4 h3 h1 h4
第5页/共44页
水泵功的近似值为
wp h4 h3 u4 p4v4 u3 p3v3
p4 p3 v3 p1 p2 v2
可t 得 hh热11 效hh率32 的 pp近11 似pp22式vv22
h1 h2 p1 h1 h2 p1
p2 v2 p2 v2
略
t
去w
h1 h2 p简h化1 为h2
循环初压力p1甚高时，水泵功约占汽轮机作 第6页/共44页
➢ 蒸汽参数对热效率的影响 ▪ 初温t1对热效率的影响 在相同的初压及背压下，提高新蒸汽的温度可使热效率增大 提高初温还可使终态2的干度x2增大，有利于提高汽轮机内效率和 延长汽轮机的使用寿命 提高初温受材料耐热性能的限制，最高蒸汽温度很少超过600℃
用轴功率表示为
Ps mT P0 mT Dh1 h2
工程热力学与传热学复习资料总体(主要是一些概念)
工程热力学第一章工质——实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
热力学系统——简称系统、体系，人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。
闭口系统——与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统，闭口系统又叫做控制质量。
开口系统——与外界不仅有能量交换而且有物质交换的热力系统，开口系又叫做控制容积，或控制体。
区分闭口系和开口系的关键是有没有质量越过了边界，并不是系统的质量是不是发生了变化。
绝热系统——与外界无热量交换的热力系统。
绝热系是从系统与外界的热交换的角度考察系统，不论系统是开口系还是闭口系，只要没有热量越过边界，就是绝热系。
简单可压缩系——由可压缩流体构成，与外界可逆功交换只有体积变化功（膨胀功）一种形式，没有化学反应的有限物质系统。
对于简单可压缩系，只要有两个独立的状态参数即可确定一个平衡状态，所有其它状态参数均可表示为这两个独立状态参数的函数。
准平衡过程——又称准静态过程，不致显著偏离平衡状态，并迅速恢复平衡的过程。
准平衡过程进行的条件是破坏平衡的势无穷小，过程进行足够缓慢，工质本身具有恢复平衡的能力。
准平衡过程在坐标图中可用连续曲线表示。
可逆过程——工质能沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的外界回复到原来状态，而不留下任何改变的过程。
过程不可逆的成因一是有限势差的作用，二是物系本身的耗散作用，所以可逆过程，首先应是准平衡过程，同时在过程中没有任何耗散效应。
实际热力设备中所进行的一切热力过程都是不可逆的，可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。
可逆过程可用状态参数图上连续实线表示。
膨胀功——又称“体积功”。
机械功的一种。
由系统体积变化而由系统对环境所做的功或环境对系统所做的功。
第二章热力学能——原称内能，由分子或其他微观粒子的热运动及相互作用力形成的内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能以及电磁场作用下的电磁能等一起构成的内部储存能。
工程热力学与传热学-§6-1 蒸气动力装置循环
(2) 蒸汽初压的影响 动画
保持t1、p2不变，提高p1，将提高
吸热平均温度，提高循环的热效率。 然而，乏汽的干度减小，将影响汽轮
机后几级叶片安全。1 蒸气动力装置循环
(3) 乏汽压力的影响 动画
保持t1、 p1不变，降低p2，则对 应的饱和温度T2（即放热温度）降低，
2
§6-1 蒸气动力装置循环
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。
研究热机 循环的方法
建立实际循环的简化热力学模型，用简单、 典型的可逆过程和循环来近似实际复杂的不 可逆过程和循环，通过热力学分析确定其基 本规律。
3
§6-1 蒸气动力装置循环
汽耗率 ：动力装置每输出1J功所消耗的蒸汽量
单位：kg/J 工程单位：kg/（kW·h)
1 kW·h = 3600 kJ 1 kg/J = 3600 kg/(kWh)
7
§6-1 蒸气动力装置循环
3．蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
朗肯 循环的热 效率 与新 蒸汽的温 度 t1(初温 )、压力 p1(初压)、以及乏汽的压力p2(终压)有关。
再热循环的设备复杂，投资大，只有蒸汽压力在13MPa 以上的大型火力发电厂才采用。
11
§6-1 蒸气动力装置循环
（2）回热循环 动画
回热循环提高了吸热平均温度，提高了循环热效率。抽 汽量的大小根据质量守恒和能量守恒确定，应使kg抽汽所 放出的热量等于(1-)kg凝结水加热到抽汽压力下的饱和温 度。
将朗肯循环折合成熵变相等、吸 （放）热量相同、热效率相同的卡诺 循环。
提高吸热平均温度或降低放热平均温度都可以提高循环 的热效率。
工程热力学和传热学
内燃动力装置
1.内燃动力装置
燃气进 口
排入大气
2.蒸汽动力装置
二、制冷装置中热量从低温处传递到高温处的过程
q1
3
2
冷凝器
膨
w
胀
压缩机
阀
4
q2
1
蒸发器
工程热力学的研究对象、内容和方法
研究对象：热能与机械能相互转换的规律和方法以及 提高转换效率的途径。
基本内容：1）基本概念和定律； 2）工质的性质和过程； 3）工程应用；
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存 e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池
热能在热机中的转换过程
一、热能动力装置中热能转换为机械能的过程
蒸汽动力装置
特别是在下列技术领域大量存在、
工程热力学和传热学问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新 能源、微电子、核能、航空航天、微机电 系统（MEMS）、新材料、军事科学与技 术、生命科学与生物技术…
在几个特殊领域中也有许多应用：
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷 却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； 卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷 却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火 箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
第一章 概 论
• 热能及其利用 • 工程热力学的研究对象、内容和方法 • 传热学的研究对象
热能及其利用
• 热能的动力利用 • 热能的直接利用
当今世界两大研究热点问题：
节能 环保
可再生能源：酒精、木材等
工程热力学第11讲-第6章热力循环
新型热力循环可以更高效地利用能源，减少对环境的污染，并且可以提 供更稳定的能源输出。
03
新型热力循环的挑战
新型热力循环的研究面临着许多挑战，如技术难度大、成本高、安全性
等问题。
高效热力循环的探索
高效热力循环
为了提高能源利用效率，人们正在探索各种高效热力循环。例如， 有研究正在探索利用高温高压的热力循环，以提高能源的转换效率。
热力循环的组成
一个完整的热力循环通常包括四个主要过程，即吸 热过程、膨胀过程、放热过程和压缩过程。
热力循环的特性
热力循环具有可逆性和效率。在理想情况下，可逆 热力循环是效率最高的循环。
热力循环的分类
80%
根据工作物质分类
根据所使用的工作物质，热力循 环可以分为气体循环、液体循环 和固体循环。
100%
低温热源温度的降低可以减少循环总热量，从而 提高效率。
提高高温热源温度
高温热源温度的提高可以增加循环净功，从而提 高效率。
采用高效工质
选择具有高热容和低流动阻力的工质可以提高循 环效率。
05
热力循环的未来发展
新型热力循环的研究
01 02
新型热力循环
随着科技的不断进步，新型热力循环的研究也在不断深入。例如，有研 究正在探索利用核能、太阳能、地热能等新能源的热力循环，以替代传 统的化石燃料热力循环。
应用
燃气轮机循环广泛应用于 航空、船舶和工业领域。
制冷循环
定义
制冷循环是一种利用制冷剂的相 变过程实现热量转移的循环过程。
工作原理
制冷剂在蒸发器中吸收热量蒸发， 然后在冷凝器中放出热量冷凝，通 过压缩机的压缩和膨胀机的膨胀实 现循环。
应用
第六章 气体压缩及动力过程
t,p t,m t,v
或
T 2 p T 2m T 2v
T 1p T 1m T 1v
第三节 增压内燃机及其循环
典型的理想循环要损失一部分蕴藏于排气中的能量。
假若使工质由pz一直膨胀到进气压力pa，——继续 膨胀循环。（P92 ）
脉冲涡轮增压
定压涡轮增压
分析：
（1）继续膨胀循环更完善，它在相同的加热量下能 多得一部分功，使ηt提高。
（2）实际上，利用排气涡轮，使工质在涡轮中继续 膨胀作功来实现继续膨胀循环；
（3）压缩过程并不全在气缸内进行，先在增压器中 进行预压缩，从而提高循环的平均压力pt；
所以，继续膨胀循环是对各种废气涡轮增压内燃 机进行热力学分析的基础。
p2
/
n1
p1 n
n n 1
RT1 1
n1
πn
增压比： π p2 / p1
可逆多变压缩：
Wn
n n 1
RT1 1
n1
πn
可逆定温压缩： 可逆绝热压缩：
WT -RT1lnπ
Wn
k k
1
RT1
1
k1
πk
二、活塞式压气机余隙容积的影响
p
活塞运动到上死
32
点位置时，活塞顶 面与气缸盖间留有
Vh
Vc Vh
V4
1 Vc (V4 1) Vh Vc
V
Ve Vh
1
Vc
[
1 n
Vh
1]
设1-2和3-4都
为多变过程，且
n相等，则
1
1
V4 V3
p3 p4
n
p2 p1
工程热力学与传热学(中文) 第6章 蒸汽动力装置循环
（2）过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程
1点 —2点：过热蒸汽— 湿蒸汽
1
（3）蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程 过热器
2点—3点：湿蒸汽—饱和水
6
锅炉
（4）水在给水泵中的可逆绝热压缩过程
3点—4点：饱和水—未饱和水
汽轮机
冷
给水泵
凝 器
改进朗肯循环： 如：再热循环，回热循环， 热电联供循环等。
6-1-4 再热循环
再热循环的目的：
在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初压， 以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度过低， 在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。
T
5 4
3
0
1’ 1 6
2 2’
T
T1
5’
4’ 4
5
3
p1’
1’ 1 6’
回热循环，再热循环
-课堂讨论-
结论 提高蒸汽动力装置的热效率的方法：
改变蒸汽参数：
提高蒸气初温 提高蒸气初压
T
5 4
3
1’ 1
p1 6
p2 2 2‘
T
T1
5’
4’ 5 4
3
p1’
1’ 1
6’
p1 6 p2
2’ 2
0
0
S
S
改进朗肯循环： 再热循环
回热循环
热电联合循环
降低乏气压力
T
T1
1
5 p1 6
t
h1 h1
h2 h3
影响朗肯循环 热效率的因素
表示成等效
卡诺循环热效率
T
t
h 1 h 2 h 1 h 3
工程热力学与传热学_活塞式内燃机循环
热效率计算及分析
q51 q2 t 1 1 q1 q2 3 q3 4 Cv (T5 T1 ) 1 Cv (T3 T2 ) C P (T4 T3 ) T5 T1 1(T3 T2 ) k (T4 T3 )
混合加热循环参数计算及参数关系
压缩比compressionratio定容增压比pressureratio定压预胀比cutoffratio1压力升高比预账比不变压缩比升高t升高三定容加热理想循环ottocycle循环热效率压缩比升高升高四定压加热理想循环dieselcycle热效率计算及分析循环热效率活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较一压缩比相同吸热量相同时的比较二循环pmaxmax相同时的比较
循环热效率
t 1
1
1
k 1
1 ( 1) k ( 1)
k
1
k 1
（预账比ρ =1）
压缩比ε 升高，η t升高
四、定压加热理想循环(Diesel cycle)
v1 v2 v3 v2
热效率计算及分析
循环热效率
t 1
1
1
T2 v1 k 1 v1 k 1 ( ) T2 T1 ( ) T1 k 1 T1 v2 v2 P3 T3 T2 T2 T1 k 1 P2 v4 T4 T3 T3 T1 k 1 v3
压缩比ε =v1/v2 压力升高比λ =P3/P2体积大，重量重，热效率低； • 内燃机结构紧凑、用水量少、操作方便、启动迅 速、热效率高，体积小，重量轻，便于移动;
1860’s，活塞式内燃机问世, 后广泛应用于 全 世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机 械、小型移动电站和战车等；海上商船、内河船舶 和常规舰艇，某些小型飞机也都由内燃机来推进。 世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位。
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
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1’ 1
1
6 2 2’ S
0
0
0
改进朗肯循环： 再热循环
回热循环 热电联合循环
6-1-4 再热循环
1. 再热循环的目的：
在初温不允许继续提高的情 况下，为了提高初压，以提高 循环热效率，且不使汽轮机排 汽干度过低，在朗肯循环基础 上引入蒸汽中间再过热方法。 目的
T
T1 4’ 4 3 5’ 5 p1’ p1 1’ 1
w p , 3 4 h 4 h 3
（4）锅炉：未饱和水在锅炉中定压吸热
q 1 h 1 h 4
T
1 5 4 6
循环净功：
w net w s ,12 w p ,34 (h1 h 2) (h 4 h 3)
循环净热：
3
2
0 s
wp,3-4=h4-h3=0
q net q 12 q 34 (h1 h 4) (h 2 h 3)
2. 回热装置系统图及T-s图
1 kg 过热器 6 锅炉 10 9 给水泵 回热 加热器 4 凝结水泵 7 kg 冷 凝 器 (1- ) kg 2 1 发 电 机
T
5 10 4 3 9 (1-α) kg
1
１kg
αkg
6
7
8 2
3 冷却水
0
T-s 图 s
一次抽汽回热循环
3. 抽汽量及热效率
（1）抽汽量 不考虑回热加热器中的散热损失， αkg抽汽放出的热量= （1- α）kg凝结水吸收的热量。 热平衡方程：
T
T1 4’ 4 3
5’
5
p1’
p1
6’
1’ 1
6 2’ 2
0 s
0
s
1. 一次再热循环装置的系统图及T-s图
1‘ 再热器 过热器 6 锅炉 4 给水泵 1 高压汽轮机 2 7
T
低压汽轮机 发 电 机 冷 凝 器 3
5 4 3 2 2’ 6 1 1’ 7
冷却水
0 T–s图
s
一次再热循环
2. 朗肯循环和一次再热循环T–s图比较
（3）目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数
一般小于2级。 初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环； 初压在13Mpa—临界压力以下时，采用一级再热； 超临界参数时，采用两级再热。
例题 1. 某蒸汽动力装置采用一次再热循环，汽轮机入口压力 为17MPa，温度为540º C，膨胀到4MPa时进行再热， 再热器出口温度为540º C，排汽压力为0.008 MPa， 试确定乏气干度和循环热效率， T 并与相同初，终状态参数的朗 1 1 5 6 7 肯循环进行比较。
6’
6 2’ 2
0
S
增加蒸气（乏气）干度。
2. 一次再热循环系统图
1‘ 再热器 过热器 6 锅炉 4 给水泵 1 高压汽轮机 2 7 低压汽轮机 发 电 机 冷 凝 器 3
设备组成与朗肯 循环不同处
1. 两个汽轮机：
高压汽轮机 低压汽轮机
冷却水
2. 增加一个再热器。
一次再热循环系统图
3. 一次再热循环坐标图
改变蒸汽参数： 尽可能提高蒸汽的初压和初温， 并降低乏汽压力。 改进朗肯循环： 如：再热循环，回热循环， 热电联供循环等。
6-1-4 再热循环
再热循环的目的：
在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初压， 以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度过低， 在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。
T
5 4 3 2 2’ 6 1’ 1
T 1 5 4 p1 p2 2
表示成等效 卡诺循环热效率
h h 2 T t 1 1 2 h 1 h 3 T1
T1 T2
3 0
6
式中： 吸热平均温度 T1 放热平均温度 T2
s
s
1. 蒸汽初温T1的影响
（1）保持 p1 , p2不变，提高初温 T1—T1’； （2）朗肯循环的平均吸热温度增加， 平均放热温度不变，热效率增大； （3）干度增大， 有利于汽轮机安全工作； （4）锅炉过热器，汽轮机高压 部分金属耐热及强度要求高。 （t1 最高 550º C）
水蒸气 锅炉 廉价燃料
燃料燃烧后的燃气
汽缸 汽油，柴油，煤气
分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析动力循环能量转换 的经济性，寻求提高经济性的方法和途径。 方法和步骤 （1）首先：把实际问题抽象为可逆理论循环。分析找出 热效率及提高该循环热效率的可能措施，以指导实际循 环的改善。 （2）然后：分析实际循环与理论循环的偏离程度。找出 实际损失的部位，大小，原因，及改进措施。
0 s T 1 5 4 p2 3 2 2’ p1 6 1’
2. 蒸汽初压 p1的影响
（1）保持T1， p2不变，提高初压p1 —p 1’ ； （2）可提高平均吸热温度，若平均放热温度不变， 热效率提高； （3）干度降低，说明乏汽中水分增加，将会冲击 和侵蚀汽轮机最后几级 T 叶片，影响寿命并使汽 1’ 1 轮机摩擦加大。 T1 p 1’ 5’ 6’ 要求干度：0.86—0.88。
1 过热器 6 锅炉 给水泵 4 3 汽轮机 冷 凝 器 2 发 电 机
（3）蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程 2点—3点：湿蒸汽—饱和水
（4）水在给水泵中的可逆绝热压缩过程 3点—4点：饱和水—未饱和水
冷却水
1 过热器 汽轮机 冷 凝 器 3 2 发 电 机
3. p-v图，T-s 图表示
6 锅炉
给水泵 4
T1 4 4’ 3’ 3
1 5 p1 p2 p2’ 6
2 2’
0 s
在不同初，终参数下朗肯循环的热效率
（1）P2=0.05bar, t1=435º C时
P1 ηt 15 33.7 25 35.9 35 37.0 50 38.5 75 39.9 90 40.6
（2）P1=35bar, P2=0.05bar时
4. 回热循环的分析
（1）回热循环热效率高于同参数朗肯循环热效率。 （2）采用回热后，每kg蒸汽在汽轮机中作功量减少。 （3）最佳的抽汽压力： 最有利的给水温度为锅炉压力下饱和温度的 0.65 - 0.75 倍。 （4）回热循环的投资情况分析。
小型火力发电厂：回热级数 1-3 级 大中型火力发电厂：回热级数 4-8 级
t1 ηt 300 35.4 350 36.0 400 36.6 435 37.0 450 37.4 500 38.2
（3）P1=35bar, t1=435º C时
P2 ηt 0.04 37.5 0.05 37.0 0.1 35.1 0.2 33.1 0.5 29.6 1 26.9
结论
要想提高蒸汽动力装置的热效率
4’ 4 5 p1 p2 6 2’ 2 s
3
0
3. 乏汽压力p2的影响
（1）保持 p1 , T1 不变，降低 p2—p2’ ; （2）吸热平均温度变化较小，放热平均温度降低， 热效率增大； （3）p2 降低受冷凝器冷却介质温度的影响， 不能任意降低。 T
一般情况下: P2 最低0.0035-0.005MPa， 相应的饱和温度27-33℃。
热效率：
0
s 再热循环T–s图
( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 ) ( h 2 h 3 ) t ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 )
（2）中间再热压力
分析再热压力过高或过低对循环的影响。
中间最佳压力应能够同时 提高排汽干度和循环热效率。 根据已有的设计和运行经验： pm一般为初压p1的20%—30%。 通常一次再热可使热效率提高 2%—3.5%。
6-1 蒸汽动力装置循环
6-1-1 蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环
1. 组成：
水泵，锅炉，汽轮机和冷凝器等四个主要设备组成。
2. 工作过程：
过热器
6
1
汽轮机 冷 凝 器
3
2
发 电 机
锅炉
给水泵
4
冷却水
（1）水在锅炉中的可逆定压加热过程 4点—5点—6点—1点： 未饱和水—饱和水—干饱和蒸汽—过热蒸汽 （2）过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程 1点 —2点：过热蒸汽— 湿蒸汽
(h 7 h 9 ) (1 ) ( h 9 h 4 )
T
5 １kg 6 10 4 3 9 (1-α ) kg α kg 8
1
7
2
0
T-s 图
s
7
αkg (1-α) kg 4
1 kg
9
抽汽量
h9h4 h 7 h 4
h3 h4
h9h3 h 7 h 3
（2）热效率 吸收热量：
0
5 4 3
6
2
s 朗肯循环T–s图
例题
3. 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力P1=13.5MPa， 初温度t1=550º C，乏气压力为0.004MPa。当蒸汽在 汽轮机中膨胀至３MPa时，再加热到 t1，形成一次再热 循环。求循环净功，加热量， T 热效率，汽耗率及汽轮机出口干度。 11
’
5 4 3
T
1
T
1 1’
5
4
6
4
5
6
7
3
2
3
2 2’
0 朗肯循环T–s图
s
0 再热循环T–s图
s
3. 再热对热效率的影响及中间压力
（1）再热对热效率的影响 一次再热吸收的总热量：
T
1 1’ 5 4 3 2 2‘ 6 7
q 1 ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 )
对外放热：
q 2 h 2 h 3
T
1 5 １kg 6 7 10 αkg 9 8 4 (1-α) kg 3 2