热力循环组织及其性能评价方法

18.2 热力循环的分类
热力循环是指进行热功转换的循环。
为生产功为目的的各种动力机的循环，称为正向热力循环。 制冷或制热为目的的需要消耗功的热力循环，称反向热力循环。 联合循环可以做到生传功、制冷、制热的组合作用。 按工质循环方式可分为，闭式循环和开放式循环。 按工质获取能源的方式分为，外热源式和内热源式。
｛
（1）能量利用效率ηe的第一定律评价法则 （2）能量利用效率ηu的第二定律评价法则
•能量利用效率ηe的第一定律评价法则（传统式） 基于能量在数量上守恒的观点，通常用能量利用效率（热 效率）评价热工设备热力性能的经济指标。
收益的能量 能量利用效率 付出消耗的能量
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
数学表达式 1

Q output Qinput
η——为热力设备的热效率 Qoutput——付出的能量 Qinput——获得的能量
不区分热量品种、热量的温度高低。
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
数学表达式 2
收益的热量或冷量 COP 输出的电功或热量
COP装置的性能系数，多数用在制冷和热泵装置上。 制冷设备能量利用效率用COPc表示，也常用制冷系数εc； 热泵设备的能量利用效率用COPh表示，也常用热泵供热系数εh
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
传统式热力经济评价标准优缺点： 优点： 可以一目了然的反映出热工设备的收益能量与消耗能量 之比 缺点： 1）未能评价出不同热力设备的性能差别 例：电热供暖η=95%>燃油供暖系统η=70%误认为电热 供暖装置的热力性能好。 2） 对没有学过热力学第二定律的人容易产生误解，似 乎制冷剂与热泵收益量大于投入量。 例：COP=3 3） 不能反映同类设备实际效率与理想效率之比，因而 不能清晰解释这种设备的不足和改进的潜力。
18.4 热力完善度的计算和有效能分析
有效能利用率指导意义：
热力过程的不可逆导致内部有效能损失，从而其有效率总是小于1。 再加之外部有效能损失，有效率偏离1更远。
因此有效能利用率的大小可以指示着改善能量利用的能性。
18.1 第十八章 热力循环组织及其性能评价
谢谢大家！
18.2 热力循环的分类
蒸汽工质的卡诺循环、朗肯 循环、蒸汽过程朗肯循环 燃气轮机开放式循环， 活塞式内燃机四冲程循环
闭式：使用功能制冷剂，如 氟利昂。 开式：空气为介质，林肯循 环。
以热能为驱动力，工质用溴 化锂-水溶液，氨-水溶液
固体吸附式制冷，半导体制 冷
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
18.4 热力完善度的计算和有效能分析
1）有效能分析法
热力完善度可以用有效能分析法，即yong分析方法计算。 有效能分析法用如下有效能效率
u
Eu ,利用 Eu ,投入

eu ,利用 eu ,投入
u 1 -
Eu ,损失 Eu ,投入
Eu,损失 Eu,损失，q Eu,损失，m Eu,ir
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
•能量利用效率ηu的第二定律评价法则 为了弥补传统的不足，人们逐步认识到应当注意能量在 “质量”上被利用的程度。所谓能量在质量上的被利用程度， 实际上是能量中的有效能有多少份额被利用变成有用功。 由于一切实际过程中都存在用功损失。对于有效利用率， 通常用热力完善度和用效率作为判断指标。都是从第二定律出 发，实质是一致的，也可称为能量利用效率ηu的第二定律评价 法则。
热力循环根据能量平衡原则和投资性能最比优原则进行设计 。 投资性能最有比原则是指通过追求设备的做功最多（耗 功最省），即尽可能接近于理论最高效率的同时，要使 设备相对简单。 在进行热力循环能量平衡时，要绘制热力循环流程图， 编算流程中各点的工质的压力、温度、比焓、比熵等状 态参数和物流比。 常有设备是换热器和工质输运设备、供热传热设备，例 如：锅炉、汽轮机、燃气轮机、压缩机或泵、电热器、 换热器。
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
耗功装置ηu
u
WR ,input WI ,input

Wu ,max WI ,input
WI，input——实际输入功； WR，input——可逆输入功； WR，input<WI，input,耗功装置但在许多场合下是产生热量或冷量， 因此WR，input卡诺热机循环的方法把得到的热量或冷量折算成当 量功来表示，WR，input=Wu，max 。
进入系统能量 系统内能变化 离开系统各种能量 不可逆产生的损失
有效能在有不可逆过程存在时是不守恒的，它的平衡方程 式实际是不可逆因素产生的有效能损失的计算方程。
18.4 热力完善度的计算和有效能分析
由
பைடு நூலகம்
u
Eu ,利用 Eu ,投入

eu ,利用 eu ,投入
可知，在确定有效率时必须确定收益的有效能Eu，收益， 和耗费的有效能Eu，净输出。 但是，一个系统输入有效能不一定是净付出的有效能； 输出的有效能不一定是收益的有效能。 例如：烟囱排出的烟气中所含的有效能不是收益的有效能。 所以，耗费有效能的组成和收益有效能的组成， 要视各种热工设备和其不同的工作条件。
式中，损失项包括，系统排到环境中的热量Eu，损失，q和 物质携带走的没被利用的有效能Eu，损失，m，以及系统不 可逆过程损失的有效能Eu，ir
18.4 热力完善度的计算和有效能分析
2）有效能平衡方程
可借助yong平衡方程给出
(Eu,in )i Eu (Eu,out ) j T0S g ,k
热力过程： 热力循环由不过程组成，基本过程包括：吸热过程、放热过程、 作功过程（耗功过程）和复位过程。 吸（放）热过程通常在等压过程下实现，特别 设计可时以在等容积过程中实现。 做功过程伴有工质的体积膨胀和压力降低。 耗功过程通常使工质的体积缩小和压力提高。 上述各种过程可以重复使用。
18.1 组织热力循环的基本原则
实际过程输出的有用功 产功装置的热力完善度 可逆过程输出的有用功
可逆过程输入的有用功 耗功装置的热力完善度 实际过程输入的有用功
18.3 能量利用的效率与热力经济分析
产功装置ηu
u
WI，output WR，output
1-
T0 S g Eu1 - Eu 2
ΔSg——系统和环境共同组成的孤立系统的不可逆过程 引起的熵增； T0——温度变化 Eu1——状态1的能量； Eu2——状态2的能量；
第十八章 热力循环组织及其性能评价方法
重要性： 热力循环的性能评价标准，直接指导着热力 循环的改进和发展。不同的评价体系导致热 力循环设计朝着不同的方向发展
目录
18.1
组织热力循环的基本原则
18.2
18.3 18.4
热力循环的分类
能量利用的效率与热力经济分析 热力完善度的计算和有效能分析法
18.1 组织热力循环的基本原则