热力学第六章动力装置循环
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。
化工热力学习题参考答案 第六章
B.只有当μ>0，经节流膨胀后，气体温度才会降低
C.在相同初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大
D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降
38、(1分)某真实气体流过节流阀，其参数变化为(
A.△S＝0
Thankyouforyoursupport!
)。
B.△T＝0
243K，经可逆绝热压缩后，冷凝至303K，过冷到298K,再经节流阀节流后，回蒸
（4）如压缩过程不是可逆绝热压缩，等熵效率η=0.8，其余条件不变，试计算压
缩机消耗的功率（kw）和此装置制冷系数，并在（1）的T-S图上标出此过程。（6
分）
已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg，凝器出口过冷氨的冷
A．锅炉加热锅炉进水
C.冷凝器加热冷凝水
B．回热加热器加热锅炉进水
D.过热器再加热
28、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变，比原冷凝压力下的饱和温度
。低了5度，则制冷循环
A.冷量增加，功耗不变B.冷量不变，功耗减少
C.冷量减少，功耗减小D.冷量增加，功耗增加
29、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变，比原冷凝压力下得饱
环的__________
A节流阀B膨胀机C压缩机
24、(1分)对于蒸汽动力循环要提高热效率，可采取一系列措施，以下说法不正确的是
（
）
(A)同一Rankine循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力
(B)同一Rankine循环动力装置，可提高乏气压力。
(C)对Rankine循环进行改进，采用再热循环。
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
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）
热工基础第六章
循环热效率：t
wnet q1
q1 q2 q1
T5 T1
1
q2 q1
1
T3 T2 T4 T3
13
各点温度可由以下过程求得 ： 由可逆绝热过程1－2得 ：
v1 T2 T1 v2
1
T1
6
6-2 活塞式内燃机循环
气体动力循环分类：
按结构
活塞式： 汽车，摩托，小型轮船 叶轮式： 航空，大型轮船，移动电站 汽油机： 小型汽车，摩托
柴油机： 中、大型汽车，火车，轮船， 移动电站 煤油机： 航空
按燃料
按点燃方式： 点燃式、压燃式
按冲程数：
二冲程、四冲程
7
1. 活塞式内燃机实际循环与理想循环 (1) 活塞式内燃机实际循环 柴油机工作的4个冲程：
4
2. 朗肯循环的净功及热效率 在朗肯循环中，每千克蒸汽对外所作出的净功
w n et w s ,1 2 w s ,3 4
根据稳定流动能量方程式
w s ,1 2 h1 h 2
w s ,3 4 h 4 h3
w n et ( h1 h 2 ) ( h 4 h3 )
过热蒸汽
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。
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。
06_第六章 气体动力循环
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
预胀比 表示定压燃烧时气体比体积增大的倍率。
(6-3)
2)循环热效率
混合加热循环在温熵图中如图6-3所示。它的热效率为 (a)
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
假定工质是定比热容理想气体,则 (b)
将式(b)代入式(a)得 (c)
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
6-4 活塞式内燃机各种循环的比较
2、在迚气状态以及最高温度(Tmax)和最高压 力(pmax)相同的条件下迚行比较
图6-13示出了三种理论循：
123451为循环加热循环
12’451为定容加热循环
12”451为定压加热循环
三种循环放出的热量相同： q2p = q2 = q2v = 面积 71567
图 6-7
6-3 活塞式内燃机的定容 加热循环和定压加热循环
1、活塞式内燃机定容加热循环分析
有些活塞式内燃机 (如煤气机和汽油机) , 燃料是预先和空 气混合好再迚入气缸的 , 然后在压缩终了时用点火花点燃。 一经点燃, 燃烧过程迚行得非常迅速,几乎在一瞬间完成, 活塞基本上提留在上止点未动, 因此这一燃烧过程可以看 作定容加热过程。其它过程则和混合加热循环相同。 定容加热循环(又称奥托循环)在热力学分析上可以看作 混合加热循环当预胀比 时的特例。
6-3 活塞式内燃机的定容 加热循环和定压加热循环
图 6-8
图 6-9
6-3 活塞式内燃机的定容 加热循环和定压加热循环
2、活塞式内燃机定压加热循环分析
有些柴油机的燃烧过程主要在活塞离开上止点的一段行 程中迚行,一面燃烧, 一面膨胀,气缸内气体的压力基本保 持不变,相当于定压加热。这种定压加热循环(又称狄塞 尔循环)也可以看作混合加热循环的特例。 状态3和状态2重合,混合加热循环便成 了定压加热循环(图6-10、图6 -11)。令式(6-4)中 , 即可得定压加 热循环的理论热效率计算式：
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。
化工热力学6Chapter6蒸汽动力循环与制冷循环(New)
3.分析举例
Chapter 6.蒸汽动力循环与制冷循环 §6.1蒸汽动力循环
五、提高Rankine循环热效率的主要措施 (一)提高蒸汽的初参数即温度和压力 (二)提高冷凝器效率和尽可能降低冷却水的温度以便尽可能降低 乏汽压力 1.原理 （1）提高冷凝器效率目的是缩小工质与冷却水之间的传热温差 即缩小了传热推动力； （2）降低冷却水的温度的目的是在传热推动力不变的情况下降 低乏汽压力 2.限制 （1）冷凝器效率提高受冷凝器传热面积的限制即冷凝器投资的 限制； （2）冷却水的温度的降低受季节和地理位置的限制 (三)利用其它低温余热预热锅炉给水即提高锅炉进口的水温 原理：缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差
6．汽耗率 SSC=m/N=60103/(2.045410466.87)=2.943 kg/(kWh)
10
1．例5-8 1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平机作功，并在 0.0687MPa下排出。此透平机既不可逆也不绝热，输出的轴 功相当于可逆绝热膨胀功的85%。由于隔热不好，每kg蒸汽 有7.12kJ的热量散失于20℃的环境。此过程的理想功、损失 功和热力学效率。
四、计算举例
例 题 6-1(P135~137) 某 蒸 汽 动 力 循 环 按 朗 肯 循 环 工 作 , 锅 炉 压 力 为 4MPa, 产 生 440℃的过热蒸汽,乏汽压力为4kPa,蒸汽流量60吨/时，试按理想朗肯循环计 算①乏汽的干度;②汽轮机的理论功率;③水在锅炉中吸收的热;④水泵的理论 功率;⑤乏汽在冷凝器中放出的热;⑥循环的热效率;⑦循环的汽耗率。
NTid=m(h1h2)/3600=60103(3307.12079.87)/3600=2.0454104 kW 4．泵功率 NP=m(h4h3)/3600=60103(125.472121.46)/3600=66.87 kW
动力循环的基本原理有哪些
动力循环的基本原理有哪些动力循环是指在热机中，通过能量的转换和传递，将热能转化为机械能或电能的一种过程。
动力循环的基本原理涉及热力学和能量守恒等基础理论。
下面将详细介绍动力循环的基本原理。
1. 基本热力学循环基本热力学循环包括理想气体循环和理想蒸汽循环。
理想气体循环是指在一个封闭的系统内，通过各种过程（如等温膨胀、绝热膨胀等）使气体的温度、压力和体积发生变化，从而实现能量转换。
理想蒸汽循环是指水在锅炉中被加热并蒸发，蒸汽驱动汽轮机工作，产生功，然后蒸汽在凝汽器中冷凝成水，循环再次开始。
2. 几个关键过程理想气体循环通常包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程。
在等温膨胀过程中，气体从高温的热源得到热能，温度不变，体积增大；在绝热膨胀过程中，气体未与外界热源接触，在无散热的条件下膨胀，温度下降，体积进一步增大；在等温压缩过程中，气体与冷源接触，放出热量，温度不变，体积减小；最后，在绝热压缩过程中，气体未与外界热源接触，在无散热的条件下压缩，温度增加，体积进一步减小。
3. Carnot循环原理Carnot循环是一种理想的热力学循环，被认为是效率最高的循环。
Carnot循环利用等温和绝热过程，实现高温热源和低温热源之间的能量转化。
在Carnot循环中，气体在高温热源以恒定的温度接收热能，并在低温热源上以相同的温度释放热量。
中间的绝热过程用于提供功。
4. Rankine循环原理Rankine循环是一种常用于蒸汽动力装置中的循环。
在Rankine循环中，锅炉中的水被加热并蒸发，产生蒸汽驱动汽轮机工作。
蒸汽在汽轮机中经过膨胀，然后进入凝汽器中冷凝成水。
在循环的过程中，热量通过锅炉和冷凝器之间的传热过程转移，从而实现能量转化。
5. Brayton循环原理Brayton循环是一种常用于燃气轮机中的循环。
在Brayton循环中，燃烧室中的燃料与空气混合燃烧，产生高温高压的燃气。
燃气通过涡轮机膨胀产生功，然后通过压缩机再次提升压力。
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。
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
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
2013年自考热工基础课程
复习题分章节单选题第一章基本概念热力系统与平衡状态1. 开口系统是指______的系统AA. 与外界有物质交换B. 与外界没有热量交换C. 与外界既没有物质交换也没有能量交换D. 与外界没有功的交换2. 孤立系统是指______的系统。
AA. 与外界没有物质交换B. 与外界没有热量交换C. 与外界既没有物质交换也没有能量交换D. 与外界既没有物质交换也没有能量交换3 热力学所研究的工质一般都是______物质 AA. 气态B. 液态C. 固态D. 液晶态4. 热力学平衡态是指系统同时处于______平衡和______平衡 DA. 质量/压力B. 温度/质量C. 压力/质量D. 温度/压力5. 如闭口系统处于热力学平衡态，则内部工质的______。
CA. 压力到处均匀一致B. 温度到处均匀一致C. 压力与温度到处均匀一致D. 比容到处均匀一致状态参数与状态方程6. 热量、压力________状态参数BA. 是/不是B. 不是/是C. 是/是D. 不是/不是7. 工质经过一个循环，又回到初态，其内能和焓______。
CA. 增加B. 减少C. 不变D. 变化不定8. 工质经过一个循环，又回到初态，其熵______。
CA. 增加B. 减少C. 不变D. 变化不定9. 下列______不是状态参数BA 绝对压力B 表压力C 比容D 热力学能可逆过程、功与热量10. 经过一个可逆过程，工质不会恢复原来状态，该说法______。
BA正确B错误C有一定道理D不定11. 准静态过程中，系统经历的所有状态都接近于______。
CA 相邻状态B 初状态C初状态 D 终状态12. 系统进行一个过程后，如能使______沿着与原过程相反的方向恢复初态则这样的过程为可逆过程。
CA 系统B 外界C 系统和外界D 系统或外界13. 在P-V图上，可逆态过程______用一条连续曲线表示，不可逆过程______用一条连续曲线表示。
热力学第六章
s3 s 0.4763kJ/(kg.K)
4点对应的是未饱和水，
p4 p1 5MPa h4 h3 137.72 kJ kg
s4 s3 0.4763kJ/(kg.K)
3.增加了过热器，蒸汽在过热器 中的吸热过程(6→1)也是定压 过程，提高了平均吸热温度， 从而提高了乏气的干度x，提高 了循环效率，也改善了汽轮机 的工作条件。
p 4 5 6 3
1
2 v
郎肯循环热效率的计算
1. 锅炉中的定压吸热过程(4→5→6→1)吸入的热量：
q1 h1 h4
2. 定熵膨胀过程(1→2)中工质(或汽轮机)做功：
制热
动力
T2 环境温度
T0
制冷
T2
s
热力循环其它分类
气体动力循环：空气为主的燃气 1. 按工质 如燃气轮机等，按理想气体处理 蒸汽动力循环：以水蒸气为主 如蒸汽轮机等，按实际气体处理 2. 按燃料燃 烧方式分 内燃式：燃料在内部燃烧，燃气即工质，
如内燃机、燃气轮机等。
外燃式：燃料在外部燃烧，燃烧放出的热
为克服蒸汽卡诺 循环的缺陷，工 程实际中学常用 朗肯循环
朗肯循环
朗肯循环(Rankine Cycle)
朗肯循环系统工作原理
蒸汽过 热器 锅 炉 汽轮机 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 发电机 凝汽器 给水泵 凝汽器
给水泵
蒸汽电厂示意图
朗肯循环(Rankine Cycle)
二、蒸汽动力循环系统的简化(理想化)
h2 h x h h 137 kJ kg
例1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压 p1=5MPa,初温 t1=500℃， 乏汽压力 p2=5kPa，不计水泵功耗。要求：将朗肯循环表示在Ts图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。
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
工程热力学六动力装置循环课件
蒸汽机动力装置的应用
蒸汽机动力装置广泛应用于工业领域，如发电站、化工、造纸等，也可用于船舶 和铁路机车等交通运输工具。
随着技术的发展，蒸汽机逐渐被更高效的汽轮机和内燃机所取代，但在某些特定 领域仍有一定应用。
05
燃气-蒸汽联合循环
燃气-蒸汽联合循环工作原理
燃气-蒸汽联合循环是一种高效、清洁的能源利用方式，它结合了燃气轮机循环和蒸汽轮机循环的优点。在燃气-蒸汽联合循 环中，首先通过燃气轮机燃烧燃料产生高温高压气体，驱动涡轮机转动并输出机械功；然后，将部分或全部高温排气引入余 热锅炉中加热给水，产生高温高压蒸汽；最后，蒸汽轮机利用这些蒸汽转动涡轮机并输出机械功。
03
燃气轮机动力装置循环
布雷顿循环
总结词
基于等压加热的理想循环，适用于燃气轮机。
详细描述
布雷顿循环由吸气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成。在等压加热过程中，工质吸收热量并对 外做功，实现热能向机械能的转化。
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。
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。
再热循环
总结词
再热循环是在朗肯循环基础上增加一个再热器，以提高再热率的改进型循环。
详细描述
再热循环中，汽轮机高压缸排出的蒸汽被引入再热器中再次加热，然后进入低 压缸继续做功。再热循环可以提高汽轮机的效率，并减小蒸汽在汽轮机内的温 差和压力降，从而提高整个循环的热效率。
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动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取 得的热量的一部分转换成对外的净功 研究目的：合理安排循环，提高热效率
按工质
蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 实际气体
气体动力循环：内燃机 空气为主的燃气 按理想气体处理
动力循环研究方法
实际动力循环非常复杂 不可逆，多变指数变化，燃烧等
•缺点
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。
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式 改变循环形式
提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 再热循环 回热循环
热电联产 燃气-蒸汽联合循环 IGCC 新型动力循环 PFBC-CC
…...
热电联产(供)循环
1、无运动机械，热转变为电不经机械能 2、温度3000K，热效率可达60% 3、污染小、种子（钾、铯化合物）有脱硫 作用 4、目前实验室阶段
T 5 4 优点：
•
T2
t
1 6
4' 3 3'
2
2'
s
缺点： •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。冬天热效率高
蒸汽动力循环冷却水系统
蒸汽动力循环冷却水系统实体
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式 改变循环形式
h2 h
' 2
t,RG
t
物理意义： kg工质100%利用 h1 ha 0 1- kg工质效率未变 1
蒸汽抽汽回热循环的特点
•优点 >缺点
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 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资
工程热力学研究方法，先对实际 动力循环进行抽象和理想化，形成各 种理想循环进行分析，最后进行修正。
§6-1蒸汽动力装置循环
水蒸气：火力发电、核电
低沸点工质：氨、氟里昂 太阳能、余热、地热发电 动力循环：以获得功为目的
火电厂
大型坑口电站
德国1.35MW核电站
首台国产20万千瓦机组(辽宁朝阳电厂)
• 火电厂发展现状
燃气-蒸汽联合循环
• 燃气轮机的发展 热力参数与单机容量逐步提高，达W>200MW， 热效率35~41%； 可靠性95~98.5%，可作为基本负荷电站； • 联合循环的现实可行性 燃气轮机排气温度t4=400~600 ℃； 大功率机组排气量300kg/s以上； 利用排气能量加热蒸汽轮机给水(取代锅炉)， 大大提高供电效率，极限效率(烧气)约58%。
煤 空气 蒸汽 种子
高温燃气 气 化 炉 发电机
磁流体通道
发电 热 燃 气
渣 蒸汽轮机 凝汽器
水 热回 收装 置
烟 道
烟气
用过的种子 渣
先进烟气净化系统
磁 流 体 发 电 联 合 循 环
磁流体发电联合循环(MHD-CC)
(Magnetohydrodynamics Combined Cycle)
特点：
提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 再热循环 回热循环 热电联产
燃气-蒸汽联合循环 IGCC 新型动力循环 PFBC-CC
…...
蒸汽再热循环(reheat)
T 5 4 3
2
4
1 a
6 b
再 热
1
b a 3
2
s
蒸汽再热循环的热效率
T 5 4 3
2
1 a
6 b
再热循环本身不一 定提高循环热效率
与再热压力有关 x2降低,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 s ％～3.5％。
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1 p1<10MPa，一般不采用再热
我国常见机组，10、12.5、20、30万机组， p1>13.5MPa，一次再热
s wnet (h1 hb ) (ha h2 ) q1 (h1 h4 ) (ha hb )
蒸汽再热循环实体照片
蒸汽回热循环(regenerative)
抽汽
1 1kg
冷凝水
a α kg 6 5 4
2 3 (1-α )kg
去凝汽器 表面式回热器 抽汽 给水 冷凝水 混合式回热器
3600 d wnet
wnet 的单位是kJ/kg
1kW=1 kJ/s
3600kg 3600 kg kg kg d kJ w kW h kJ h net h kJ s 1 h 3600
• 缺点
目前煤气化和净化的热损失还偏大； 初期投资大。
整体煤气化联合循环(IGCC)
应用
目前已建成或拟建的IGCC电站10余座，
美国预测，2030年IGCC市场份额达 35%左右 如美国加州有一个电站，“世界上最 洁净的燃煤火电站，脱硫98-99%，产 生元素硫，排渣中主要是Al、Si、Fe、 Ca等无害元素，用于绝缘材料和筑路 材料
ha 1 h4 1 h5
h5 h4 ha h4
忽略泵功
1kg 5
h h ha h
' a
' 2 ' 2
抽汽回热循环热效率的计算
T 1kg 6 kg 5 (1- )kg 4 3 热效率： 2 s 1 a 吸热量： ' q1,RG h1 h5 h1 ha 放热量：
如何提高郎肯循环的热效率
h1 h2 t h1 h3
T 5 4 3 2 s 1 6
影响热效率 的参数？
p1, t1, p2
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
•
1'
1 6
•
T1 x2'
t
，有利于汽机
安全。 缺点： • 对耐热及强度要 求高，目前最高 初温一般在550℃ 左右 • v2' 汽机出口 尺寸大
其它新型煤气化联合循环
• 增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）
(Fluidized Bed Combustion Cycle) • 外燃式燃煤联合循环（EFCC） (Externally Coal-Fired Combined Cycle) • 直接燃煤联合循环（DFCC） (Directly Coal-Fired Combined Cycle)
q供热＋wnet 已被利用的能量 K 工质从热源得到的能量 q1
Ex经济学评价 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
现代新型动力循环
• 蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：
提高初参数，向亚临界和超临界发展； 采用大功率机组，降低厂用电率； 采用热电联供。
占总装机容量的80%左右，效率37~40%； 耗煤占总产量30%，油占10%左右； 提高供电效率和改善环境有重要意义。
1
ws ,3 4 h4 h3
锅炉中的定压吸热量：
4 3
2
q1 h1 h4
s
郎肯循环热效率的计算
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
h 一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
1
h1 h2 t h1 h3
4 3
2
s
汽耗率的概念
工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸 汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量kg
' q2,RG 1 h2 h2
净功： wRG h1 ha
t,RG
h1 ha 1 ha h2
h1 h
' a
1 ha h2
为什么抽汽回热热效率提高？
T 1 1kg t,RG 1 a ' 6 kg h1 h2 h1 ha 5 1 (1- )kg 4 简单朗肯循环： 3 2 ' h2 h2 t 1 ' h1 h2 s
超临界机组， t1>600℃，p1>25MPa，二 次再热
蒸汽再热循环的定量计算
吸热量： T 5 4 3 热效率： t,RH
2
1 a
6 b
q1 h1 h4 ha hb
放热量：
q2 h2 h3
净功（忽略泵功）：
wnet h1 hb ha h2
• 工作流程
气化炉中煤
煤气；
煤气的净化；
燃气轮机循环； 余热锅炉回收排气热量； 蒸汽轮机循环
整体煤气化联合循环(IGCC)
• 优点
热效率高，目前40~46%，预计可52%； 环保性能好，SO2, NOx, CO2, 粉尘排放低， 可燃用高硫煤； 可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲 醇、尿素等； 单机功率可达300~400MW
燃烧室 压气机 燃气轮机 发电机 空气 排气 余热锅炉 发电机 蒸汽轮机 凝汽器
燃 气 蒸 汽 联 合 循 环
给水泵
燃气蒸汽联合循环
T 燃气轮机循环 蒸汽轮机循环
s
燃气蒸汽联合循环
法国GEC Alsthom公司的联合循环电站 燃气轮机：227.2 MW 蒸汽轮机：128.3 MW
燃料：天然气
热效率：54.5%