第六章 蒸汽动力装置
第六章—热力循环
● 实际生产中并不采用蒸汽卡诺循环
◆ 卡诺循环的4个过程，前3个过程可近似实现，但绝热 压缩（c－5）过程较难实现，因为这一过程中工质为
汽液混合物，缺少合适的设备；
◆ 定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利； ◆ 蒸汽的比体积比水大上千倍，压缩时体积变化大—— 设备庞大，功耗大； ◆ 蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸汽区，上限温度受限于临界 温度（374.15℃），因此热效率不高，每循环完成的 功也不大。
低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参数
汽轮机 进汽压力 （MPa）
汽轮机进 汽温度℃ 发电功率 kW
1.3
3.5
9.0
13.5
16.5
340 1500～ 3000
435 6000～ 25000
535
550，535
550，535
5～10万
12.5万， 20万，30万， 20万 60万
6.1.2.4 实际循环
朗肯循环中有两个定压非定温吸热过程：
4-5 定压下将过冷水加热至沸腾的饱和水；
6-1 定压下将饱和水蒸汽加热至过热状态。 这两个过程都存在较大的传热温差，是造成循 环效率低的主要原因。为了提高效率，工程实际中 常对朗肯循环进行改进，采用回热循环和再热循环。
6.1.3.1 回热循环
上述理想的回热循环是难以实现的。首先锅 炉给水在汽轮机中被加热到沸腾很难控制（4～ 5）；其次，膨胀终点 d 的干度太小，对汽轮机工 作不利。实际上采用抽汽回热循环。
● 乏汽压力
p2
◆ 在p1，t1不变的前提下， 降低p2，效率提高 ◆ p2降低，干度下降 ◆ 乏汽压力取决于冷凝器的冷凝温度，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。
化工热力学习题答案第六章
欢迎大家来到共享资源第六章 蒸汽动力循环和制冷循环―――― 会员：newsusan 一、选择题(共43小题，43分)1、(1分)对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度，则其热效率( A. 有所提高，乏气干度下降B. 不变，乏气干度增加 C. 有所提高，乏气干度增加D. 热效率和干度都不变2、(1分)节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹。
B. μ<0A. μ=0 C. μ>03、(1分)对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度，则其热效率( A. 有所提高，乏气干度下降B. 不变，乏气干度增加 C. 有所提高，乏气干度增加D. 热效率和干度都不变4、(1分)14.节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹。
A. μ=0 C. μ>05、(1分)理想的Rankine 循环工质是在汽轮机中作_____膨胀 A ） A ） 等温 等温 B) 等压 B) 等压 B ）降低C ）等焓 C ）等焓 C ）不变D ）等熵 D ）等熵6、(1分)节流膨胀的过程是不计流体位差等速度变化，可近似看作______过程7、(1分)流体作节能膨胀时，当μ＞0，节流后温度A ）升高B. μ<0).).8、(1分)气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程 气体焓值（） A. 增加B ． 减少 C ．不变D. 不能确定9、(1分)Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成 A ） A ） A ） 正确 正确 正确B) 错误 B) 错误 B) 错误10、(1分)吸收式制冷将热由低温物体向高温物体，冷凝器置于低温空间 11、(1分)蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间，冷凝器置于低温空间 12、(1分)单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成 A ） 正确B ) 错误13、(1分)在相同的温度区间工作的制冷循环，制冷系数以卡诺循环为最大 A ） 正确 B) 错误14、(1分)吸收式制冷采用吸收器、解吸器、溶液泵和换热器，替代蒸汽压缩制冷装置中的压缩机构成 A ） 正确 B) 错误15、(1分)热泵的工作目的是供热，有效的利用低品味的能量，因此热泵的工作原理循环过程不同于制冷装置。
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。
热工基础第六章-第七章
T3
T2
P3 P2
T2
T3 T2
863 673
1.2823
5 到 1 为定容过程，所以有：
1
1
T5
T1
P5 P1
T1k
T5 T1
k
573
1.4
1.2823 363
1.16
3 到 4 为定压过程，所以有：
T4
T3
v4 v3
T3
863 1.16
1001 .08K
所以循环热效率为：
1
1 61.41
51.16%
每 kg 空气对外所作的功为：
w q1 540 0.5116 276 .26kJ / kg
所以输出功率为：
W m w 100 276.26 27626kJ / h 7.67kW
6-8 解:1 到 2 为可逆绝热过程，所以有：
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1 300 141.41 862K
热效率：= wnet = 1175.58 =37.99% q1 3094.42
干度：x=0.789 ②1 点：由 P1=4MPa, t1=550C
查表得：h1=3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K) 2 点：由 s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa
查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.846 3(4)点：由 P3=4kPa, 查表得: h3=121.29kJ/kg 吸热量：q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg 净功量：wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg
k
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。
化工热力学第六章 蒸汽动力循环与制冷循环
WS=(1-)(H3- H2)+(H2-H1)
6.1 蒸汽动力循环
ws 热效率 QH ws Qh 能量利用参数 QH
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 膨胀过程 6.3 制冷循环
6.2 膨胀过程
膨胀过程在实际当中经常遇到，如：高压流 体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等 设备或装置所经历的过程，都是膨胀过程。 下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨 论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀 过程及其所产生的温度效应
⑵H1升高，因为水不可压缩耗功很少，一般 可忽略不计，但H1增加，必须使P1、t1增加， P1太大会使设计的强度出现问题，从而使制 造成本增加，提高效率的收益，并不一定 能弥补成本提高的花费。
6.1 蒸汽动力循环
卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等 熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中，等温 放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基 本上能够与卡诺循环相符合，差别最大的 过程是吸热过程。现在主要问题是如何能 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效 率。显然改造不等温吸热是提高热效率的 关键，由此提出了蒸汽的再热循环和回热 循环。
6.1 蒸汽动力循环
1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环 2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图 3）朗肯循环 4）提高朗肯循环热效率的措施 5）应用举例
6.1 蒸汽动力循环
4）提高朗肯循环热效率的措施
要提高朗肯循环的热效率，首先必须找出影响热 效率的主要因素，从热效率的定义来看
对卡诺循环 对朗肯循环
ws TL c 1 QH TH
H ( )T P H ( )p T
H ( ) P CP T
6.2 膨胀过程
H ( )T T J ( ) H P P CP
化工热力学-第六章
S C p T p T
说明了任何气体在任何状 态下经绝热膨胀，都可致
T V
冷。这与节流膨胀不同。
S
T p
S
T Cp
T 0 Cp 0
（6-16）
V T
p
0
∴μS衡大于0
将（6-16）式与（6-13）式比较，得
S
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
J
V Cp
∵ 任何气体均有V>0 Cp>0
∴ S J 恒大于零.
S
耗功过程：耗功量最小。
实际过程的耗功量要大于逆向卡诺循环
二.蒸汽压缩制冷循环
1. 工作原理及T-S图 主要设备有： 压缩机 冷凝器 膨胀机（节流阀） 蒸发器 四部分组成。
在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题
(1)卡诺压缩制冷循环
特点： 传热过程可逆
T
T放 3
T吸 4
压缩、膨胀过程可逆
由热力学第一定律： H Q Ws
2 WS
1
S
H 0 循环过程
Q Ws Q Q放 Q吸
Q放 TH S3 S2 TH（S4 S1）
Q吸 T（L S1 S4） T（L S4 S1）
故：
Q （TH TL）(S4 S1) Ws （TH TL）(S4 S1)
衡量制冷效果好坏的一个技术指标是制冷系数。
（1）工质进汽轮机状态不同
卡诺循环：湿蒸汽 郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（3）工质出冷凝器状态不同 卡诺循环：气液共存
（4）压缩过程不同 （5）工作介质吸热过程不同
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 略掉工作介质水的摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
热工基础第六章
火力发电厂的 蒸汽动力装置以水 蒸气为工质，主要 由锅炉、汽轮机、 冷凝器和水泵四个 设备组成。
发电机
锅 炉
汽轮机
循环水 乏汽
冷凝器
水泵
冷却水
3
1. 朗肯循环 朗肯循环是一个简化的 理想蒸汽动力循环，由4个 理想化的可逆过程组成： 3-4：水在给水泵中的可逆 绝热压缩过程; 4-5-6-1 ： 水 与 水 蒸 气 在 锅 炉中的可逆定压加热过程； 1-2：水蒸气在汽轮机中的 可逆绝热膨胀过程； 2-3：乏汽在冷凝器中的定 压放热过程。
1）进气冲程0-1：活塞从汽缸上死 点下行，进气阀开启，吸入空气。 由于进气阀的节流作用，气缸内 气体的压力约低于大气压力。
2）压缩冲程1-2：活塞到达下死点 1时，进气阀关闭；活塞上行，压 缩空气。 1－2’ 为多变压缩，p2’= 3~5MPa ，t2’=600~800℃， 2’ 点开始喷进柴油，柴油自燃温度约为205℃。
定压预胀比： 1 汽油机和煤气机的理想循环 循环热效率：
t 1
1
1
16
（3）定压加热循环 （狄塞尔循环)
定容升压比：
1
1
循环热效率： t 1
1
1
1
早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。
17
3. 影响内燃机理想循环热效率的主要因素 （1） 压缩比 的影响
表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。 升压比： p3 p2 表示定容加热过程工质压力升高的程度。 预胀比： v 4 v3 表示定压加热时工质体积膨胀的程度。
12
（1） 混合加热循环 单位质量工质的吸热量：
q1 cv T3 T2 cp T4 T3
第六章 气体与蒸汽的流动(绝热节流过程)
h2 h1
.
p2h2c2 2
一、绝热节流前后参数的变化
(1) 对理想气体
1 p1h1c1 p2h2c2 2
p h c
焓不变 温度不变
压力下降 比容增加
熵增加
h2 h1 T2 T1
p2p1 v2v1 s2 s1
.
(2) 对实际气体
节流前后焓不变,温度不一定不变
绝热节流后气体的温度变化称为节流的温度效应 绝热节流温度效应
pb pc p2pc
mf2 2k p1[(p2)k 2(p2)K K 1](kg /s) k1v1 p1 p1
.
m c m max
0
b
pc / p1
pc (
2
k
)k1
p1 k1
a
mmaxf2
2
k
(
2
2
)k1
p1(kg/s)
k1k1 v1
1.0 pb / p1
（2）渐缩渐扩喷管的流量计算
正常工作时 M= mmaxfmin2kk1(k21)k21vp11(kg/s)
0
1
p2 p0
k
c2 44 .72 cp (T0 T2 )
.
三、临界压力比及临界流速
(1)临界压力比
临界压力
pc
p1
代入出口流速方程 进口压力
cc 2kk1p1v1[1(pp1c)kk1]
cc ac kpcvc
定熵过程 方程式：
pcvc
(
pc
)
k1 k
p1v1 p1
.
临界流速表达式
证明:理想气体微分节流系数μJ =0.
pv RT
v RT p
合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1.1
(a)
6
Rankine循环中各个过程经理想化（即忽略工 质的流动阻力与散热、动、位能变化）应用稳定流 动过程的能量平衡方程分析如下。
1~2过程：汽轮机中工质作等熵膨胀（即可逆绝
热膨胀），对外作功量
WS H H2 H1kJ / kg （工质）
（6-1）
图6-1
6.1.1
7
2~3过程：湿蒸汽在冷凝器中等压等温冷凝，
p1'
p1
至x’2) x’2< x2，这
不利汽轮机的操作。
x2 '
x2
6.1.1
19
然而，提高汽轮机的进汽温度可降低汽轮机 出口蒸汽湿度。所以，为了提高循环的热效率， 汽轮机的进汽温度和进汽压力一般是同时提高 的，现代蒸汽动力装置采用的进汽温度，压力 在往高参数方向发展。
H2O 的 pc 22.05MPa
降低了出口蒸汽的湿 度（干度提高）x2<x’2。 改进了汽轮机的操作条 件
第18 次课结束2010
T1
x2 x2 '
图6-2
6.1.1
18
假定汽轮机出口蒸汽压力及进汽温度不变，将进汽 压力由p1提高到p’1， 也能提高循环的平均吸热温度，有利于提高循环热
效率，
单一提高进汽压 力，汽轮机出口蒸 汽的湿度也随之增 加(见图6-3中由x2
（6-5b）
6.1.1
11
汽耗率是蒸汽动力装置中，输出1kW·h的净功所
消耗的蒸汽量。用SSC（Specific steam s kg consumption）表示
3600 SSC kg /(kW h) WS
h kJ
kg / kw h
船舶概论第六章
⑵水管锅炉 水管锅炉结构见图6-5。水包1和汽包4之间由密集的炉 管束3连通，当燃料在燃烧室2内燃烧时，高温的火焰和烟 气扫过炉管束，使管内的水迅速被加热变为蒸汽，经汽包由 主蒸汽阀输出，烟气经烟道烟囱排到大气中。 和烟管锅炉相比，水管锅炉容水量少，循环快，蒸发率 高，从点火到供汽时间短。由于水和蒸汽的压力作用在圆筒 形的水包、汽包内壁和小直径的水管内，因而能够承受比较 高的压力，有利于蒸汽压力的提高。水管锅炉结构轻巧，单 位受热面积重约200Kg/m2,比烟管锅炉轻40%以上。现代蒸 汽船舶动力装置几乎都采用水管锅炉。
第三节 船舶柴油机
柴油机作为一种动力机械，在各类船舶上被广泛用作主 机和发电机的原动机。 柴油机的类型较多：按工作循环分四冲程和二冲程；按 结构特点分为筒状活塞式和十字头式；按气缸排列形式分单 列式、U型和V型；按速度分高速、中速和低速；按功率分 大、中、小型。 一、柴油机结构 现以四冲程柴油机为例，介绍柴油机的结构，见图6-8. 1.固定机件 它是柴油机的骨架,构成柴油机外形,如图中机座2、机 身4、主轴承1、缸套6和气缸盖9。
第六章 船舶动力装置
第一节
船舶动力配置的含义及组成
现代船舶的动力装置，广义上说，是指保证船舶正常航 行、作业、停泊以及乘员正常工作和生活所需的各类机械和 设备。它主要是提供机械能、电能、热能、液体和气体的压 力能，除保证船舶推进外，并满足整个船舶能量消耗的需要. 所以船舶动力装置大部分是能量转换装置。 船舶动力装置通常包括：推进装置、辅助装置、管路系 统、甲板机械和机舱自动化设备五部分。 1.推进装置 图6-1为船舶推进装置示意图。在遥控装 置1操纵下，当主机2运转时，驱动传动设备（或减速齿轮 箱）3和轴系4，使螺旋桨5旋转做功，产生使船舶运动的推 力。
《热工基础(张学学 高教》课后答案 第六章-第七章
(2)k=1.3
循环热效率为：
1
1
k 1
1
1 7.51.31
45.36%
压缩过程为可逆绝热过程，所以有：
5
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1＝285 7.51.3－1＝522K
k
P2
P1
v1 v2
P1 k 98 7.51.3 1345kPa
6-7 解: 循环热效率为：
1
1 k1
k
P2
P1
v2 v1
P1 k1 100 141.4 4023kPa
2 到 3 为定容过程，所以有：
T3
q23 cV
T2
1300 0.717
862
2675 K
P3
P2
T3 T2
4023 2675 862
12484 kPa
所以定容增压比为：
P3 T3 2675 3.103 P2 T2 862
k 1
T2
T1
v1 v2
T1 k1 300 161.41 909K
k
P2
P1
v1 v2
P1 k 0.1 161.4 4.85MPa
v2
v1
由 2 到 3 的过程为定容加热过程，所以：
v3 v2
T3
T2
P3 P2
T2
909 1.5
1364K
Pmax P3 P2 1.5 4.85 7.275 MPa
1
1 61.41
51.16%
每 kg 空气对外所作的功为：
w q1 540 0.5116 276 .26kJ / kg
所以输出功率为：
W m w 100 276.26 27626kJ / h 7.67kW
化工热力学第六章 蒸汽动力循环和制冷循环解读
§7.1 蒸汽动力循环
稳定流动体系的热力学第一定理：
2 流体通过压缩机、膨胀机 ∵ u2≈0，g Z≈0，若绝热过程Q=0 Ws= H= H2-H1
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。 （流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的 能量，称为轴功Ws。）
H gZ u
(1) 过热蒸汽每小时从锅炉中的吸热量与乏气每小时在冷凝 器中放出的热量和乏气的湿度 (2) 汽轮机作出的理论功率与泵消耗的理论功率. (3) 循环的热效率和气耗率 Q1
吸热
1
解： 1 ）Q1 H1 H4 3 ）WS H2 H1
5 T 4
4 ） W H H P 4 3 2 ）Q2 H3 H2
ABCDA的面积 循环热机的效率 ABC曲线下的面积
2019/4/16
用T-S图表示热和功的优点
T-S 图：既显示体系所吸取或释放的热 量；又显示体系所作的功。 p-V 图：只能显示所作的功。
2019/4/16
理想Rankine循环的热效率η 和气耗率SSC
评价动力循环的指标：热效率和气耗率。 1、热效率η ： 循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §7.3.2 吸收制冷循环
2019/4/16
前言
循环：
体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重 新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。
蒸汽动力循环：
是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程， 其主要设备是各种热机。 产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂
蒸 汽 作 功
理想Rankine循环
1
T
等 S4 压 缩 等压吸热 等 S 膨 胀
第6章动力循环
– 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
使用
– 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。
三、热电联供循环
过热器
1 汽轮机
锅炉
4
给水泵
3
2' 热用户
背压式热电联产循环简图 背压>0.1MPa
尽管采用了高参数、再 热、回热等措施，循环 热效率仍低于50％，大 部分被排放于冷却水或 大气中，这部分热能数 量虽大，但因温度接近 于环境温度，故不能用 来转换为机械能。为了 充分利用热能，自然地 联想到用发电厂作了功 的蒸汽的余热来满足热 用户的需要，这种作法 称为热电联供。
汽轮机作功：
ws,12 h1 h2
水泵绝热压缩耗功：
ws,34 h4 h3
循环净功：
wnet (h1 h2 ) (h4 h3)
锅炉中的定压吸热量：
朗肯循环
q1 h1 h4
凝汽器中的定压放热量：
热效率：
q2 h2 h3
t
wnet q1
ws,12 ws,34 q1
1 q2 q1
我国已成批生产功率分别为200MW、300MW、 600MW的锅炉、汽轮机和发电机组；
热力发电厂这样以水蒸气为工质的蒸汽动力装 置工作循环称为蒸汽动力循环。
Gas Cooled Reactors (GCR)
Uses carbon dioxide used as coolant. Graphite moderators allow use of natural
热电联供循环的评价
只采用热效率不够全面，能量利用系数
已被利用的能量 K 工质从热源得到的能量
化工热力学第六章 蒸汽动力循环和制冷循环
2013-8-12
第七章内容
工作原理 循环中工质状态变化 §7.1.1 Rankine(朗肯)循环 能量转换计算 §7.1.2 Rankine循环的改进 循环过程热力学分析 §7.2 气体绝热膨胀制冷原理
§7.1 蒸汽动力循环
§7.2.1 节流膨胀 §7.2.2 对外作功的绝热膨胀
1
1
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1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
实际Rankine循环
实际上，工质在汽轮机和水泵 中不可能是完全可逆的，即不 可能作等熵膨胀或等熵压缩。 T 2 2’ 4 4’ 这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
4’
1
4
3
S
2 2’
等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比。
2013-8-12
实际Rankine循环
等熵效率ηs
H 12' H 1 H 2'
1 4’ 2 2’
S，透平
WS ,透平,不 WS ,透平,可
S，泵
WS ,泵,可 WS ,泵,不
闭 系U Q W
W Q
过 热 器 锅炉
1 净功WN WS WP Q1 Q2 面积12341 Q可 逆 TdS
透 平 机
WS 膨胀功
1
Q1
2
冷 凝 器
T
Q2 3
4 3
WN Q2
Q1 2
4
水泵 WP压缩功
a
S
b
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理想Rankine循环
蒸汽动力装置
蒸汽动力装置蒸汽动力装置自英国首次将使用汽轮机的蒸汽动力装置用于“透平尼亚”(Turbinia)号船以来，使用汽轮机的蒸汽动力装置已有近百年的历史。
它曾经统治大功率舰船推进装置领域近半个世纪。
20世纪60年代以来，随着航空发动机改装为舰用燃气轮机的成功，苏、美相继于1962年和1975年分别建成了第一艘全部采用燃气轮机的军舰。
英国在1968年宣布了在护卫舰以上的大吨位军舰上全部采用燃气轮机的政策。
加拿大海军也有类似的政策声明。
但事实上，采用蒸汽动力装置推进的舰艇仍然是各国海军的主要力量之一。
舰用蒸汽动力装置在这些挑战中仍在不断地完善自己，并有了新的发展。
因此，舰用蒸汽动力装置在作为主要的舰艇动力上仍然有着不可取代的历史地位。
无论在大吨位的航空母舰上，还是在采用压水堆的核动力潜艇上至今仍是唯一可用的不可取代的动力装置。
因为前者需要较大的单机功率，使其他的动力装置不能与之攀比。
后者的二回路实际上就是蒸汽循环。
舰用蒸汽动力装置自20世纪60年代以来发展得比较稳定，技术相当成熟，达到了很高的水平。
目前的发展特点如下：1.功率有所增大战前护卫舰蒸汽轮机，单机功率一般仅4410kW(6000bp)，美海军在20世纪40年代末服役的“基林”级驱逐舰，单机功率22050kW(30000hp)。
60年代服役的“薛尔曼”级驱逐舰和“布鲁克”和“诺克斯”级护卫舰，单机功率25725kW(35000hp)。
60年代服役的“孔兹”级驱逐舰的蒸汽动力装置，单机功率31237.5kW(42500hp)，并作为标准动力装置使用。
目前美海军最大的蒸汽动力装置用在航空母舰上，最大单机功率51450kW(70000hp)。
前苏联为了满足各类舰艇对功率的要求，研制了功率不等的各种型号的机组，如TB-9功率为7350kW(10000hp)；TB-8为26460kW(36000hp)；TB-12为33075kW(45000hp)。
而单机功率最大的是TB-4为51450kW(70000hp)。
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第六章 动力装置循环
英文习题
1. Power generation by a steam turbine
The power output of an adiabatic steam turbine is 5MW, and the
inlet and the exit conditions of the steam are as indicated in
Fig.6-1. (a) Compare the 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.
2. The simple ideal Rankine cycle
Consider 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.
3. Effect of boiler pressure and temperature on efficiency
Consider a steam
power plant operating on 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 efficiency 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℃
.
FIGURE 6-1
FIGURE 6-2
FIGURE 6-3
4. The ideal reheat Rankine cycle
Consider 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 steam is reheated to the inlet temperature of the high-pressure turbine.
5. The ideal regenerative Rankine cycle
Consider 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.
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。
2.
既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热？为
习 题
FIGURE 6-4
FIGURE 6-5
什么回热能提高热效率？
3.蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏汽直接升压送回锅炉是否可以？
4.卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？
5.某朗肯循环，新蒸汽的参数为p1=4MPa，t1=400℃，乏汽的压力p2=4kPa，忽略泵功，试计算此循环的循环净功，加热量，热效率及乏汽的干度x。
若t1=550，p1和p2不变，以上各量为多少？
6.某船用理想蒸汽动力装置，汽轮机入口新蒸汽的参数为p1=6MPa，t1=560℃，冷凝器内蒸汽压力为6 kPa，忽略泵功，试求循环热效率。
若该装置的功率为10MW，试求每小时耗气量。
习题解答
1.答：简单蒸汽动力装置的系统组成锅炉，汽轮机，冷凝器，给水泵。
2.答：不能，还要保证部分蒸汽在汽轮机中继续膨胀对外作功。
回热提高了给水温度，相应地提高了吸热平均温度，从而提高了蒸汽动力装置的热效率。
3.答：不可以。
根据热力学第二定律，在热能和机械能的相互转换过程中，至少需要两个热源，才能产生动力，要想将热能转变为机械能，至少需要一个吸热过程，膨胀对外作功的过程，以及一个放热过程。
4.答：热力学第二定律证明，在相同的高温恒温热源和低温恒温热源间卡诺循环的热效率最高。
在采用气体作工质的循环中，因为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，故在实际上难于实现。
5.解：新蒸汽的参数为p1=4MPa，t1=400℃，乏汽的压力p2=4 kPa时，循环净功w net=1171.8 kJ/kg，加热量q=3093.2 kJ/kg，热效率ηt=37.9%，乏汽的干度x=0.79；若温度t1=550，p1和p2不变时，循环净功w net=1370.6 kJ/kg，加热量q=3437.9 kJ/kg，热效率ηt=39.9%，乏汽的干度x=0.85。
6.解：循环的热效率ηt=40.7%，每小时耗气量q m=2.59×104 kg/hr。