工程热力学第三版电子教案第10章
工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案
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减少，p v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。
工程热力学课程教案完整版
工程热力学课程教案Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】《工程热力学》课程教案*** 本课程教材及主要参考书目教材：沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6手册：严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5 实验指导书：华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001参考书：曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。
朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。
曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年全美经典学习指导系列，[美]M.C. 波特尔、C.W. 萨默顿着郭航、孙嗣莹等译，工程热力学，科学出版社，2002年。
何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4概论（2学时）1. 教学目标及基本要求从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。
2. 各节教学内容及学时分配0-1 热能及其利用（0.5学时）0-2 热力学及其发展简史（0.5学时）0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时）0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时）3. 重点难点工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法4. 教学内容的深化和拓宽热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。
5. 教学方式讲授，讨论，视频片段6. 教学过程中应注意的问题特别注意：本课程作为热能与动力工程专业学生进入专业学习的第一门课程（专业基础课），要引导学生的学习兴趣和热情。
工程热力学第十章 动力循环ppt课件
1
T2 T1
p2 p1
,
1
T3 T4
p3 p4
p3 p2, p1 p4
T4 T3 , T1 T2
p2 p1
t
1
1
( 1)
由上式可见，燃气轮安装循环的热效率仅与增
压比 有关。 越大，热效率越高。普通 燃气轮机安装增压比为3~10。
t
w0 q1
(h1 h6)(1a1)(h6
h8)(1a1 a2)(h8 h1 h7
h2)
二、再热循环
再热循环热效率计算
q1 (h1 h3) (h1 h6 )
q2 h2 h3
t
q1 q2 q1
(h1
h3) (h1 h6 ) (h2 (h1 h3) (h1 h6 )
h3)
(h1 h6 ) (h1 h2 ) (h1 h3) (h1 h6 )
第三节 热电循环
一、背压式热电循环 排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机
二、调理抽气式热电循环
第四章 内燃机循环
气体动力循环按热机的任务原理分类，可分为内燃 机循环和燃气轮机循环两类。内燃机的熄灭过程在热机 的汽缸中进展，燃气轮机的熄灭过程在热机外的熄灭室 中进展。
二、定压加热循环
工质吸热、放热和循环热效率：
q1 cp(T3 T2), q2 cv(T4 T1)
t
1q2 q1
1cp(T4 T1) cv(T3 T2)
11 T1(T4T11)
T2(T3T2 1)
1
T1 T2
v2 v1
1
1
,
T4 T1
v3 v2
t,p
1
1 ( 1) 1
第十章 动力循环
北京理工工程热力学电子教案
北京理工工程热力学电子教案第一章：工程热力学概述1.1 热力学的定义与发展历程1.2 工程热力学的研究对象与内容1.3 工程热力学的基本定律1.4 工程热力学的应用领域第二章：热力学系统与状态参数2.1 热力学系统的分类2.2 状态参数的概念与定义2.3 状态参数的测量与表示方法2.4 热力学状态图的应用第三章：热力学第一定律3.1 能量守恒定律3.2 内能的概念与计算3.3 热量与功的传递3.4 热力学第一定律的应用实例第四章：热力学第二定律4.1 热力学第二定律的表述4.2 熵的概念与计算4.3 熵增原理与过程自发进行条件4.4 热力学第二定律的应用实例第五章：热力学第三定律5.1 热力学第三定律的表述5.2 绝对零度的概念5.3 物体的热容量与熵变5.4 热力学第三定律的应用实例第六章：热力学循环与效率6.1 循环的概念与分类6.2 卡诺循环及其效率6.3 实际热机循环的特点与效率分析6.4 热力学循环在工程中的应用第七章：热力学势与状态方程7.1 自由能与吉布斯自由能7.2 亥姆霍兹自由能与朗肯循环7.3 状态方程的定义与分类7.4 常用状态方程及其应用第八章：多组分系统热力学8.1 多组分系统的平衡条件8.2 相律与相图8.3 杠杆规则与相律的应用8.4 多组分系统热力学在工程中的应用第九章：非平衡热力学9.1 非平衡热力学的基本概念9.2 熵产生与熵流9.3 非平衡热力学在工程中的应用9.4 非平衡热力学与可持续发展第十章：工程热力学数值方法10.1 数值方法的基本概念10.2 有限差分法在热力学中的应用10.3 有限元法在热力学中的应用10.4 工程热力学数值方法的发展趋势重点和难点解析一、热力学第一定律重点：内能的概念与计算、热量与功的传递难点：热量与功的转换关系、热力学第一定律在实际工程中的应用二、热力学第二定律重点：熵的概念与计算、熵增原理与过程自发进行条件难点：熵增原理的理解与应用、热力学第二定律在工程实践中的应用三、热力学第三定律重点：绝对零度的概念、物体的热容量与熵变难点：热力学第三定律的深层含义、绝对零度的实验测定方法四、热力学循环与效率重点：卡诺循环及其效率、实际热机循环的特点与效率分析难点：热力学循环的优化、提高热机效率的途径五、热力学势与状态方程重点：自由能与吉布斯自由能、状态方程的定义与分类难点：自由能的转换与守恒、状态方程在不同条件下的应用六、多组分系统热力学重点：多组分系统的平衡条件、相律与相图难点：相律的应用、多组分系统热力学在工程中的应用七、非平衡热力学重点：非平衡热力学的基本概念、熵产生与熵流难点：非平衡热力学在工程中的应用、熵产生与熵流的测量和控制八、工程热力学数值方法重点：数值方法的基本概念、有限差分法在热力学中的应用难点：有限元法在热力学中的应用、工程热力学数值方法的发展趋势本教案涵盖了工程热力学的基本概念、定律、循环与效率、状态方程、多组分系统热力学、非平衡热力学以及数值方法等多个方面。
工程热力学课程教案完整版
工程热力学课程教案Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】《工程热力学》课程教案*** 本课程教材及主要参考书目教材：沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6手册：严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5 实验指导书：华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001参考书：曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。
朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。
曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年全美经典学习指导系列，[美]M.C. 波特尔、C.W. 萨默顿着郭航、孙嗣莹等译，工程热力学，科学出版社，2002年。
何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4概论（2学时）1. 教学目标及基本要求从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。
2. 各节教学内容及学时分配0-1 热能及其利用（0.5学时）0-2 热力学及其发展简史（0.5学时）0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时）0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时）3. 重点难点工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法4. 教学内容的深化和拓宽热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。
5. 教学方式讲授，讨论，视频片段6. 教学过程中应注意的问题特别注意：本课程作为热能与动力工程专业学生进入专业学习的第一门课程（专业基础课），要引导学生的学习兴趣和热情。
工程热力学-第十章-蒸汽动力装置循环.讲课教案
■汽轮机的相对内部效率 T 实际作功与理论作功之比，
T
h1 h2act h1 h2
一般为0.85～0.92。
■耗汽率(steam rate)
输出单位功量的耗汽量称为耗汽率，单位为 k g / J
工程上常用 kg/(kWh) 。
●理想耗汽率：d 0 D /P 0 1 /w T 1 /( h 1 h 2 ) ●实际耗汽率：d i D /P i 1 /w T ,a c t 1 /( h 1 h 2 a c t)
（2）吸热量不变，热效率： iw net,act/q10.3972
实际耗汽率：d i 1 /( h 1 h 2 a c t) 7 .5 9 7 1 0 7 k g /J
（3）作功能力损失
查水和水蒸汽图表，得到：
新蒸汽状态点1：s16.442kJ/(kgK )，h13426kJ/kg
乏汽状态点
胀到状态2，然后进入冷凝器，定压放热变为饱和水2
再经水泵绝热压缩变为过冷水4，也进入回热器。
在回热器中， kg的水蒸汽 0 1 和（1 ）kg的过
冷水4混合，变为1kg的饱和水 0 1 。然后经水泵绝热压
缩进入锅炉，定压吸热变为过热蒸汽，开始新的循
环。
2、回热循环分析
■抽汽量
能量方程（吸热量=放热量）：
说明：质量不同，因此不能直接从T-s图上判断热量的 变化。
●热效率（提高）：
t wnet / q1
锅炉给水的起始加热
温度由 2 提高到 0 1 ，平均
吸热温度提高，平均放热 温度不变，热效率提高。
吸热量：
q 1 h 1 h 4 h 1 ( h 3 w p ) h 1 ( h 2 w p ) 3 2 7 1 . 2 2 k J / k g
工程热力学第10章
3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）
ps p3 5 kPa 0.005 Mpa x3 0 h3 137.72kJ kg s3 s 0.4761kJ kg K
平均吸热温度：
s7 s3
h1 h3 q1 Tm1 s1 - s3 s1 - s3 3432.1 - 137.72 545.07K 6.52- 0.4761 272 o C
31
改变循环形式
改变循环形式
10-2
再热循环（reheat cycle）
一 再热的目的：克服汽轮机尾部蒸汽湿度太大造成的危害。 再热循环：将汽轮机高压段中膨胀到一定压力的蒸汽重新引到锅 炉的中间加热器(称为再热器)加热升温， 然后再送入汽轮机使之 继续膨胀作功。
T
5
4
1 1′ 6 2′ 3
再 热
x 1
21
（2）凝结水泵耗功量
25 0.004 0.0251kJ kg 0.0010041
进出口水的温差：t t3 - t3 0 由于水的压缩性很小，水在经过水泵定 熵加热后，温度升高极小，所以进出口水 的温差近似为零。 锅炉入口的焓值：
T 4 3’ 3 2 s 1 5
ws，p h3 - h3 v3 p1 - p2
15
提高蒸汽动力循环热效率的途径
朗肯循环 改变循环参数
提高初温度 t1 提高初压力 p1 降低排汽压力 p2 再热循环
回热循环 热电联产 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环
16
改变循环形式
改变循环形式
1、蒸汽初压p1对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
优点：
•
•
工程热力学第10章答案
第10章 制冷循环第10章 制冷循环10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小，1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。
证明1冷吨=3.86kJ/s 。
已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。
解：1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T kk 773.416515.2634.114.1112=×==−−π冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T kk 069.185515.2934.114.1134===−−π制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=−×=−= 制冷系数第10章 制冷循环()()()()71.1069.18515.26315.293773.416069.18515.263413241=−−−−=−−−−==T T T T T T w q net c ε10-4 压缩空气制冷循环中，压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。
若放热过程的终温为20℃，吸热过程的终温为0℃，增压比π=3，空气可视为定比热容的理想气体，c p =1.004kJ/（kg·K ），k =1.4。
求：（1）画出此制冷循环的T-s 图；（2）循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。
433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T cc 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 414114=−=−=∆=′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln32322300=−=−=∆=′′′第10章 制冷循环循环的制冷系数921.0)896.22515.293()15.273638.391(986.22515.273)()(/431/2/41=−−−−=−−−−=T T T T T T ε10-5 某压缩蒸气制冷循环用氨作制冷剂。
工程热力学与传热学(第十五讲)10-1、2(一)
第十章水蒸气热力工程中使用的气体工质包括：气体和蒸汽两类。
蒸汽：是指刚刚脱离液态，或比较接近液态的气体工质，在被冷却或压缩时很容易回到液态。
特点：蒸汽分子之间的作用力和分子本身的体积不能忽略，不能作为理想气体处理。
工业上常用的蒸汽：水蒸气、制冷剂蒸汽等。
水蒸气的特点：①具有良好的热力性质；如比热容大、传热性好。
②价格低廉，对环境无污染。
③适用范围广。
制冷剂蒸汽主要有低沸点的氨和氟利昂，它们的性质与水蒸气类似。
本章以水蒸气为例，分析蒸汽的产生过程和性质，研究对其进行热工计算的方法，同时了解其它物质蒸汽的共性。
第一节基本概念一、汽化物质的液态与气态在一定条件是可以相互转换的。
汽化：物质由液态变为气态的过程称为汽化。
汽化有两种方式：蒸发与沸腾。
蒸发：在液体的自由表面上进行气化过程称为蒸发。
如杯中的水敞口放置一段时间后减少了；湿衣服晾干了等。
蒸发过程：液面附近动能较大的分子克服液体的表面张力，离开页面，并上升到空气中。
由于能量较大的分子的离开，会使液体内分子的平均动能减少，表现为液体温度降低，只有不断加热，才能维持液体的温度不变。
温度越高，蒸发越剧烈。
二、饱和温度、饱和压力在蒸发过程中，液面上方空间里的蒸汽分子总有可能碰液面而返回液体中，即凝结过程与蒸发过程是同时存在的。
一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液面上除蒸汽分子外还有大量空气等其他气体，因而蒸汽分子的浓度很小，分压较低，其凝结速度小于蒸发速度，总的来看表现为蒸发过程。
若蒸发发生在封闭的容器中，随着蒸发的进行，液面上方的蒸汽分子越来越多，碰撞液面的机会也越来越多，使凝结速度加快。
当蒸发和凝结的速度相等时，气液两相将达到平衡，这时空间的蒸汽分子浓度不再改变，这种处于两相平的状态称为饱和状态。
饱和温度（t s）：饱和状态时所对应的温度称为饱和温度。
饱和压力(p s)：饱和状态时液体表面上方蒸汽产生的压力称为饱和压力。
对应于某一饱和温度，必有一个饱和压力与之对应，饱和温度越高，对应的饱和压力就越大。
工程热力学第三版答案【英文】第10章
10-8Heat rejected decreases; everything else increases.The pump work remains the same, the moisture content decreases, everything else increases.The boiler exit pressure will be (a) lower than the boiler inlet pressure in actual cycles, and (b) the same as the boiler inlet pressure in ideal cycles.10-16A simple ideal Rankine cycle with water as the working fluid operates between the specified pressure limits. The rates of heat addition and rejection, and the thermal efficiency of the cycle are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible.Analysis From the steam tables (Tables A-4E, A-5E, and A-6E),Btu/lbm81.11140.240.109Btu/lbm40.2ft psia 5.404Btu 1 psia )3800)(/lbm ft 01630.0()(/lbmft 01630.0Btu/lbm40.109in p,1233121in p,3psia 3 @1psia 3 @1=+=+==⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-=-=====w h h P P w h h f f v v vBtu/lbm 24.975)8.1012)(8549.0(40.1098549.06849.12009.06413.1 psia 3RBtu/lbm 6413.1Btu/lbm0.1456F 900psia 80044443443333=+=+==-=-=⎭⎬⎫==⋅==⎭⎬⎫︒==fgf fg fh x h h s s s x s s P s h T PKnowing the power output from the turbine the mass flow rate of steam in the cycle is determined fromlbm/s 450.3kJ 1Btu 0.94782)Btu/lbm 24.975(1456.0kJ/s 1750)(43out T,43out T,=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=−→−-=h h W m h h m WThe rates of heat addition and rejection areBtu/s2987Btu/s 4637=-=-==-=-=Btu/lbm )40.109.24lbm/s)(975 450.3()(Btu/lbm )81.1110.6lbm/s)(145 450.3()(14out 23inh h m Q h h m Qand the thermal efficiency of the cycle is35.6%==-=-=3559.04637298711inout thQ Q η10-24A single-flash geothermal power plant uses hot geothermal water at 230ºC as the heatsource. The mass flow rate of steam through the turbine, the isentropic efficiency of the turbine, the power output from the turbine, and the thermal efficiency of the plant are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible.Analysis (a ) We use properties of water for geothermal water (Tables A-4 through A-6)kJ/kg 14.990kP a 500 14.9900C 23022122111=-=⎭⎬⎫====⎭⎬⎫=︒=fg f h h h x h h P h x T The mass flow rate of steam through the turbine is===kg/s) 230)(1661.0(123m x m (b ) Turbine:kJ/kg 7.2344)1.2392)(90.0(81.19190.0kPa 10kJ/kg 3.2160kPa 10K kJ/kg 8207.6kJ/kg1.27481kPa 500444443443333=+=+=⎭⎬⎫===⎭⎬⎫==⋅==⎭⎬⎫==fg f s h x h h x P h s s P s h x P0.686=--=--=3.21601.27487.23441.27484343s T h h h h η (c ) The power output from the turbine iskW 15,410=-=-=kJ/kg )7.23448.1kJ/kg)(274 38.20()(433out T,h h mW (d ) We use saturated liquid state at the standard temperature for dead state enthalpykJ/kg 83.1040C 25000=⎭⎬⎫=︒=h x TkW 622,203kJ/kg )83.104.14kJ/kg)(990 230()(011in=-=-=h h m E7.6%====0.0757622,203410,15inout T,thE W η10-36An ideal reheat Rankine with water as the working fluid is considered. The temperatures at the inlet of both turbines, and the thermal efficiency of the cycle are to be determined. Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible.Analysis From the steam tables (Tables A-4, A-5, and A-6),kJ/kg87.19806.781.191kJ/kg06.7m kPa 1kJ 1 kPa )107000)(/kg m 001010.0()(/kgm 001010.0kJ/kg81.191in p,1233121in p,3kPa 10 @1kPa 10 @1=+=+==⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=-=====w h h P P w h h f f v v vC373.3︒==⎭⎬⎫==⋅=+=+==+=+=⎭⎬⎫==33433444444kJ/kg5.3085kP a 7000K kJ/kg 3385.6)6160.4)(93.0(0457.2kJ/kg0.2625)5.2047)(93.0(87.720 93.0kP a 800T h s s P s x s s h x h h x P fg f fg fC416.2︒==⎭⎬⎫==⋅=+=+==+=+=⎭⎬⎫==55655666666kJ/kg0.3302kP a 800K kJ/kg 6239.7)4996.7)(93.0(6492.0kJ/kg 4.2416)1.2392)(93.0(81.191 90.0kP a 10T h s s P s x s s h x h h x P fg f fg fThus, kJ/kg6.222481.1914.2416kJ/kg 6.35630.26250.330287.1985.3085)()(16out 4523in =-=-==-+-=-+-=h h q h h h h qand37.6%==-=-=3757.06.35636.222411in out th q q η10-38A steam power plant that operates on a reheat Rankine cycle is considered. The condenser pressure, the net power output, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible.Analysis (a()()()()()()3)(Eq. 2.335885.02.33582) (Eq. ?1) (Eq.95.0?K kJ/kg 2815.7kJ/kg2.3358C 450 MP a 2kJ/kg3.30271.29485.347685.05.3476kJ/kg 1.2948MP a 2K kJ/kg 6317.6kJ/kg5.3476C 550 MP a 5.12665566565656666655554334434343443333s s T sT s s T sT s s h h h h h h h h h h s s P h x P s h T P h h h h h h h h h s s P s h T P --=--=−→−--==⎭⎬⎫===⎭⎬⎫==⋅==⎭⎬⎫︒===--=--=→--==⎭⎬⎫==⋅==⎭⎬⎫︒==ηηηη The pressure at state 6 may be determined by a trial-error approach from the steam tables or by using EES from the above three equations:P 6 = 9.73 kPa , h 6 = 2463.3 kJ/kg,(b ) Then,()()()()kJ/kg59.20302.1457.189kJ/kg14.020.90/m kP a 1kJ 1kP a 73.912,500/kg m 0.00101//kgm 001010.0kJ/kg57.189in ,123121in ,3kPa 10 @1kPa 73.9 @1=+=+==⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-=-=====p pp f f w h h P P w h h ηv v v Cycle analysis:()()kW 10,242==-==-=-==-+-=-+-=kg 2273.7)kJ/-.8kg/s)(3603 7.7()(kJ/kg7.227357.1893.2463kJ/kg 8.36033.24632.335859.2035.3476out in net16out 4523in q q m W h h q h h h h q (c ) The thermal efficiency is36.9%==-=-=369.0kJ/kg3603.8kJ/kg2273.711in out th q q η。
《工程热力学》教学课件第10-11章
温度比较：
T2,s T2,n T2,T
工程热力学 Thermodynamics 第二节 余隙容积的影响
余隙比： Vc 0.03 ~ 0.08
Vh
p3
2
g
p 2
p2
f
6
4
1
0 Vc
V V1 V4
V
V4 V6
Vh V1 V3
Vh
3
2
p2
3
2
p2
6
4 4
0
Vc
t 1 qL qH 1 431 879 51% 或t 11 1 11 61.41 51.2%
工程热力学 Thermodynamics
柴油机循环
一、柴油机的实际循环与循环的p-V 图
工程热力学 Thermodynamics 二、定压加热理想循环——狄塞尔(Diesel)循环
(一）过程组成
第一节 单级活塞式压气机
一、结构图
二、工作过程
工程热力学 Thermodynamics 三、耗功计算
等熵过程： 多变过程： 等温过程：
能量方程：Wc Wt
1
wc,s
1
RgT1
p2 p1
1
n1
wc,n
n n1
RgT1
p2 p1
n
1
wc,T
RgT1 ln
p2 p1
功量比较：
解：（1） 空气物性参数：
Rg 0.287 kJ (kg K)
cp 1.004 kJ (kg K)
工程热力学 Thermodynamics
可逆压缩的气体出口温度
T2
1
T1
T1
工程热力学第三版电子教案教学大纲
教学大纲一、课程名称：工程热力学 Engineering Thermodynamics课程负责人：张新铭二、学时与学分：68学时，4学分三、适用专业：热能与动力工程等四、课程教材曾丹苓敖越张新铭刘朝编.工程热力学(第三版).高等教育出版社，20XX年12月五、参考教材沈维道蒋智敏童钧耕编.工程热力学(第三版).高等教育出版社，20XX年6月何雅玲编.工程热力学精要分析及典型题精解.西安交通大学出版社，2000年4月六、开课单位：动力工程学院七、课程的性质、目的和任务工程热力学是能源、机械、航空航天、材料等领域热能与动力工程类专业重要的专业基础课，也是培养工科学生科学素质的公共基础课。
本课程为学生学习热能与动力工程类专业后续课程提供重要的理论基础，也为从事热管理和热设计等方面的专业技术工作和科学研究工作提供必要的基础知识。
本课程的主要任务是，使学生掌握热力学的基本规律，并能正确运用这些规律进行各种热现象、热力过程和热力循环的分析，为培养学生的创新能力打好坚实的热力学基础。
八、课程的基本要求掌握热-功转换的基本规律；掌握利用工质性质公式和图表进行热力过程及循环的分析和计算方法；掌握提高热力设备和系统能量利用经济性的基本原则和途径。
注意培养学生的逻辑思维能力，发现、分析和解决问题的能力，创新思维和创造能力，特别是运用热力学基本定律和理论进行演绎、推论，解决实际工程问题的能力。
九、课程的主要内容（一）绪论热能利用史。
热能与机械能的转换。
工程热力学的研究对象、主要内容及其发展史。
热能动力装置举例。
（二）基本概念热力系统。
工质。
状态及平衡状态。
状态参数及其特性。
可测的基本参数。
热平衡及热力学第零定律。
温度和温标。
状态参数坐标图。
热力过程和循环。
准平衡过程。
（三）热力学第一定律热力学第一定律的实质。
通过热力系统边界的能量交换。
功和热。
热力学第一定律表达式。
热力学能。
热力学第一定律的应用。
稳定流动能量方程。
焓。
工程热力学(第三版)习题答案全解第十章可打印
= T2
+ q1 cV
= T2
q1 cp /κ
= 774.05K +
650kJ/kg
1.005kJ/(kg ⋅ K)/1.4
= 1679.52K
p3
=
RgT3 v3
=
287J/(kg ⋅ K)×1679.52K 0.08844m3/kg
=
5.450MPa
v4 = v1
p4
=
p3
v3 v4
κ
=
的温度和压力；（2）循环热效率，并与同温度限的卡诺循环热效率作 比较；（3）平均有效压力。
解：（1）各点的温度和压力
v1
=
RgT1 p1
=
287J/(kg ⋅ K)× (35 + 273.15)K 100×103 Pa
=
0.8844m3/kg
v2
=
v1 ε
=
0.8844m3/kg 10
=
0.08844m3/kg
=
v1 v2
= 15 ，
定容升压比 λ = p3 = 1.4 ，定压预胀比 ρ = v4 = 1.45 ，试分析计算循环
p2
v3
各点温度、压力、比体积及循环热效率。设工质比热容取定值，
cp = 1.005kJ/(kg ⋅ K) ， cV = 0.718kJ/(kg ⋅ K) 。
解： Rg = cp − cV = 1.005kJ/(kg ⋅ K) − 0.718kJ/(kg ⋅ K) = 0.287kJ/(kg ⋅ K)
=
4.431×106 Pa × 0.0637m3 / kg 287J/(kg ⋅ K)
= 983.52K
v3 = v2
工程热力学_曾丹苓_第十章气体的压缩
第十章气体的压缩（2学时）1. 教学目标及基本要求了解压缩机的工作原理；掌握压缩过程的热力学分析基本方法；理解提高压缩机效率的途径。
2. 各节教学内容及学时分配10-1 压气机工作原理（0.5学时）10-2 压缩过程的热力学分析（0.5学时）10-3 活塞式压气机余隙容积的影响（0.3学时）10-4 多级压缩及中间冷却（0.5学时）10-5 引射器（0.2学时）3. 重点难点定温压缩和绝热压缩；多变压缩；压缩机热力计算；多级压缩中间冷却；提高压缩机效率的途径。
4. 教学内容的深化和拓宽活塞式压缩机余隙容积的影响。
5. 教学方式讲授，讨论，.ppt6. 教学过程中应注意的问题没有特别需要注意的问题。
7. 思考题和习题习题：教材习题3,4,6（可变）8. 师生互动设计讲授中启发讨论：压缩机的作用？绝热压缩好还是放热压缩好？多级压缩及中间冷却的优点？9. 讲课提纲、板书设计第十章气体的压缩压气机：按排气压力，可分为通风机（<0.01MPa表压）、鼓风机（0.01~0.3MPa表压）和压缩机（>0.3MPa 表压）三类。
按构造和工作原理，可分为活塞式和叶轮式（离心式和轴流式）两类。
10-1 压气机工作原理 一、单级活塞式二、叶轮式（轴流式，离心式）10-2 压缩过程的热力学分析从热力学观点看，各类压气机中气体状况变化的热力过程基本一致。
对压缩过程进行分析：(1) 压缩过程中气体状态的变化规律；(2) 压缩过程中气体与外界的热量和功量交换。
()H H Q t W + −=12或 ()()()net W z z mg c c m H H Q +−+−+−=122122122一、压缩过程中气体的状态变化二、压气机耗功量及与外界交换的热量 三、摩擦的影响10-3单级活塞式压气机余隙容积的影响 10-4 多级压缩及中间冷却在总增压比一定的情况下，分级越多，理论上的耗功量越少，排气温度越低。
级数→无限多时，压缩过程→定温压缩。
工程热力学与传热学(第十六讲)10-2(二)、3、4
二、水蒸气的p-v 图和T-s 图在不同压力下对水进行定压加热汽化过程，可在p-v 图和T-s 图上得到一系列定压加热线。
它们全都经历上述五种状态和三个阶段。
如图10-3所示。
图10-3中标有饱和水线、干饱和蒸汽线和临界点。
（1）饱和水线：是各个压力下饱和水状态点的连线，又称下界线，沿此线干度x=0；（2）干饱和蒸汽线：是各个压力下饱和蒸汽状态点的连线，又称上界线，沿此线干度x=1；（3）临界点C ：是饱和水线和干饱和蒸汽线的交点。
图中，饱和水线和干饱和蒸汽线把水和水蒸气分为三个区： （1）未饱和水区：位于饱和水线左侧的一个较狭窄的范围内； （2）湿蒸汽区：位于饱和水线和干饱和蒸汽线之间； （3）过热蒸汽区：位于干饱和蒸汽线的右侧。
由p-v 图看出 ，随着压力升高，由于饱和水比容随压力的升高而略有增加，故饱和水线向右上方倾斜，而干饱和蒸汽比容则随压力的升高而明显减小，故干饱和蒸汽线向左上方倾斜。
即饱和水线比干饱和蒸汽线陡。
由T-s 图看出，随着压力升高，饱和温度升高，比液体热增加，而比汽化潜热随压力的升高而减小。
饱和水的比熵随压力的升高而增加，故饱和水线也向右上方倾斜。
而干饱和蒸汽线的比熵随压力的升高而减小，，故干饱和蒸汽线也向左上方倾斜。
这样随着压力的升高，同压或同温下的饱和水和饱和蒸汽的状态点越来越接p2p 1p pTa b 图和水蒸气的图s T v p ---310近，当压力达到22.115Mpa时，它们重合为一点，即临界点C。
在临界点上汽液两相差异完全消失，汽化过程不再存在，汽液相变将在瞬间完成，比汽化潜热为零。
临界参数：临界点的状态参数称为临界参数。
每种物质有不同的临界点和临界参数。
水的临界参数为：p c=22.115MPa t c=374.120C v c=0.003147m3/kg临界温度是最高的饱和温度，高于临界温度时，液态水是不可能存在的，只能是过热的水蒸气。
当t> t c时，无论压力多大，都不能用单纯压缩的方法使蒸汽液化。
工程热力学第三版电子教案教学大纲
工程热力学第三版电子教案教学大纲第一篇：工程热力学第三版电子教案教学大纲教学大纲课程名称：工程热力学英文译名：Engineering Therodynamics(Architecture type)总学时数：54 讲课学时：50（含习题课4）实验学时：8 授课对象：建筑环境与设备专业、建材专业本科生课程要求：必修分类：技术基础课开课时间：第三学期主要先修课：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学选用教材及参考书教材：采用由我校廉乐明主编，李力能、谭羽非参编的全国建筑暖通专业统编教材、全国高等学校教材《工程热力学》。
本书自1979年出版至今，历经第一版、第二版、第三版和第四版共四次修订，计十二次印刷，在全国发行量达12万余册。
本书曾获国家级教学成果奖教材二等奖、建设部部优教材奖。
主要参考教材：1、清华大学主编、高教出版社出版的《工程热力学》2、西安交通大学主编、高教出版社出版的《工程热力学》3、Krle C.Potter Craig W.Somerton《Engineering Therodynamics》(1998年版)一、本课程的性质、教学目的及其在教学计划中的地位与作用本课程是研究物质的热力性质、热能与其他能量之间相互转换的一门工程基础理论学科，是建筑环境与设备专业的主要技术基础课之一。
本课程为专业基础课，主要用于提高学生热工基础理论水平，培养学生具备分析和处理热工问题的抽象能力和逻辑思维能力。
为学生今后的专业学习储备必要的基础知识，同时训练学生在实际工程中的理论联系实际的能力。
通过对本课程的学习，使学生掌握有关物质热力性质、热能有效利用以及热能与其它能量转换的基本规律，并能正确运用这些规律进行各种热工过程和热力循环的分析计算。
此外本课程在有关计算技能和实践技能方面也使学生得到一定的训练。
因此本课程不仅是学习后续课程，包括《供热工程》、《空调工程》、《锅炉及锅炉房设备》等主要专业的理论基础外，而且能广泛服务于机械工程、动力工程、冶金、石油、电力工程等各个研究领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第10章动力循环及制冷循环10．1本章基本要求 (101)10．2 例题 (101)10．3 思考及练习题 (107)10．4自测题 (110)10．1本章基本要求1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。
2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。
3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。
10．2 例题例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t =550C 0，1p =30bar ，2p =0.05bar 。
试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。
解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值：1h =3568.6KJ/kg 1s =7.3752kJ/kgK 2h =2236kJ/kg 2s =7.3752kJ/kgK3h =137.8kJ /kg 3s =0.4762kJ/kgK 4h =140.9kJ/kg则 1) 水泵所消耗的功量为34h h w p -==140.9-137.78=3.1kJ/kg2) 汽轮机作功量21h h w t -==3568.6-2236=1332.6kJ/kg3) 汽轮机出口蒸汽干度2p =0.05bar 时的'2s =0.4762kJ/kgK "2s =8.3952kJ/kgK. 则 =--='2"2'22s s s s x 0.87 或查h-s 图可得 x =0.87. 4) 循环净功p T w w w -=0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率411h h q -= =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg故 1q w T =η =0.39=39% （i ）p 3a =6.867bar ，t 3a =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w a p =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kgw net =923.57-0.846=922.72kJ/kg(ii) p 3b =58.86 bar ，t 3b =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w b p=0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kgw net =1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg在状态点3的压力p 3=68.67bar ，温度t 3=400℃。
从水蒸汽表查得h 3=3157.26kJ/kg ·K ，s 3=6.455kJ/kg ·K ，v 3=0.04084m 3/kg 。
从点3等熵膨胀至43，p 4=9.81bar ，从h-s 图查得h 4s =2713.05kJ/kg 。
在点5的压力p 5=9.81bar ，温度t s =400℃，从水蒸汽表查得h 5=3263.61kJ/kg,v 5=0.3126m 3/kg 。
从点5等熵膨胀至6s ，6s 点的压力p 6s =0.0981bar ，从h-s 图查得h 6s =2369.76kJ/kg 。
在状态点1，压力p 1=0.0981bar ，液体的焓h 1=190.29kJ/kg ，液体的比容v 1=0.001m 3/kg 。
（1）高压汽轮机输出的等熵功；w t(h)=h 3-h 4s =3157.26-2713.05=444.21 kJ/kg低压汽轮机的输出功：w t(L)=h s -h 6s =3263.61-2369.76=893.88 kJ/kg(2)假设液体的比容保持常数，给水泵的等熵压缩功为：w p =v (p 2s -p 1)=0.001(6867-9.81)=6.857kJ/kg(3)循环的热效率：%9.37379.056.5501.2960857.688.89321.444)()()()()(4533126543==+-+=-+----+-=ηs s s s s th h h h h h h h h h h（4）蒸汽耗率70.222.133136003600===net w kg/kW ·h 4点的状态参数p 4=37.278bar ，t 4=400℃，从水蒸汽表查得h 4=3215.46kJ/kg 。
显然，由于汽轮机背压p 2的提高使背压式蒸汽发电厂的循环热效率低于凝汽式蒸汽发电厂的循环热效率。
但从能量利用的角度来看，背压循环的“能量利用系数”K 又比凝汽图10.1 朗肯循环的T-s 图图10.2 理想再热循环的T-s 图循环高。
工质从热源得到的能量已被利用的能量=K凝汽循环409.01==q wK 背压循环（理想情况下）112=-=q q w K 实际上由于各种热损失和电、热负荷之间的不协调，一般K=0.7左右。
例3：某蒸汽动力循环。
汽轮机进口蒸汽参数为p 1=13.5bar ，t 1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p 2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t 0=20℃,试求：（1）汽轮机的实解参数：h 122=''=h h 22=''=s s .1732=''h .02=''s h h .17322=+'=''(1)2''x汽轮机的理想功量8.9349.22597.31942121=-=-=''h h w kJ/kg汽轮机的相对内效率661.08.9346.6172112===η'w w ri （2）汽轮机的最大有用功和熵效率 汽轮机的最大有用功kgkJ s T h s T h e e w x x n /1.912)2295.22931.2577()2244.72937.3194()()(20210131max =⨯--⨯-=---=-=⋅ 汽轮机的熵效率677.01.9126.617max 123===η⋅n x w w （3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较计算结果表明，汽轮机的对内效率ri η小于熵效率exo η。
因为这两个效率没有直接联系，它们表明汽轮机完善性的依据是不同的。
汽轮机的相对内效率ri η是衡量汽轮机在给定环境中，工质从状态可逆绝热地过渡到状态2所完成的最大有用功量（即两状态熵的差值）利用的程度，即实际作功量与最大有用功量的比值。
由图10.3可见，汽轮机内工质实现的不可逆过程1-2，可由定熵过程1-2’和可逆的定压定温加热过程2’-2两个过程来实现。
定熵过程1-2’的作功量为8.9342121=-=''h h w kJ/kg在可逆的定压定温加热过程2′-2中，使x 2′=0.8684的湿蒸汽经加热变为相同压力下的干饱和蒸汽，其所需热量为q 2=h 2-h 2′。
因为加热过程是可逆的，故可以想象用一可逆热泵从环境（T 0=293K ）向干饱和蒸汽（T 2=314.7K ）放热。
热泵消耗的功量为 w 2′2=q 2-T 07.22)()(2202222=---=''s s T h h T q kJ/kg 。
故1-2过程的最大有用功为1.9127.228.9342221max =-=-=''∙w w w n kJ/kg与前面计算结果相同。
显见，ri η与ex η的差别为2112'=ηw w ri 而 222112max 12''∙+==ηw w w w w n ex 例4 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。
求：（1）1公斤工质的制冷量q 0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。
解 参考图10.4所示：38330020)(05100⨯==⨯-==m mq h h m mq Q∴8.173638330020=⨯=m kg/h(3)压缩机所消耗的功及功率5.111475.15812=-=-=h h w kcal/kg2.199735.118.1736=⨯==mw W kcal/h22.238602.19973==th N kW(4)循环制冷系数3.35.113800====εσw q W Q （5）冷凝器热负荷Q K因h 4=h s ,Q k =mq k =m(h 2-h 4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h10．3 思考及练习题1．各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行计算，但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。
这和卡诺定理有矛盾吗。
2．能否在蒸汽动力循环中将全部蒸汽抽出来用于回热(这样就可以取消凝汽器，从而提高热效率，能否不让乏汽凝结放出热量，而用压缩机将乏汽直接压入锅炉，从而减少热能损失,提高热效率。
3．采用加热和再热的目的是什么？为什么在相同的温度范围内，回热循环的热效率高于朗肯循环的热效率？（用T -S 图说明）。
4．分析动力循环经济性的方法有哪几种？各有何特点？5．蒸汽动力循环热效率低的主要原因是什么？如何提高热能的利用率？采用热电循环热效率是提高了还是降低了？6．由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利用了可能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？7．能否在蒸汽动力装置中将全部蒸汽抽出来用于回热。
（这样就可取消冷凝器）从而提高热效率？能否不让乏汽凝结放热，而用压缩机直接将乏汽压入锅炉，从而节约热能，提高热效率？8．能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地说明循环的经济性呢？9．在蒸汽的朗肯循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？10．既然卡诺循环在一定温限中热效率最高，为什么理论蒸汽动力循环不采用卡诺循11121314．如图（取的热量从1516171819．在一回热循环中，进入汽轮机的蒸汽为37.278bar 、400℃，离开汽轮机为0.0981bar 、在膨胀至3.924bar 后，从汽轮机抽出一些蒸汽对来自凝汽器的给水加热，流体离开加热器时为3.924bar 的饱和水。
假设膨胀和压缩都是等熵，求循环的热效率。
绝热压缩到p2=5.5bar，经由冷却器放热后，温度t3=15℃，求循环致冷系数。
22．某空气致冷装置。
冷藏室的温度保持-8℃，大气环境温度为25℃。
已知致冷量Q0=100000kJ/h。
求：（1）该致冷装置循环致冷系数可能达到的最大值；（2）该装置必须消耗的最小功率；（3）每小时传给大气环境的热量。