工程热力学与传热学 第十一章 蒸汽动力循环

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，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 朗肯循环 基本蒸汽动力装置的理想循环
一、朗肯循环及其工作过程
1. 工作过程
2. 朗肯循环的p-v图和T-s图 p T
h3=h2’ 蒸汽动力装置的热效率为
T
1 5 4 3 6
h1 − h2 ηt = ′ h1 − h2
2
s
例11-1 某远洋船的汽轮机按朗肯循环用过热蒸汽工作，蒸汽的 初始参数为： p1=5Mpa，t1=440℃，冷凝器中的蒸汽压力 p2=0.005Mpa，试求循环热效率。 解 根据p1=5Mpa，t=440℃，由水蒸气h-s图（附图1）中找到 点1，查得h1=3293.2kJ/kg。 h2=2069.2kJ/kg p2=0.005Mpa查饱和水蒸气表得 h2′=137.77 kJ/kg
2 p2 X=1 p1
h
1
t1
h1 − h2 3293.2 − 2069.2 ηt = = = 0.3879 ′ 3293.2 − 137.77 h1 − h2
s
2. 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 之一 要消耗多少kg的蒸汽。 １kg蒸汽在一个循环中所作的功为
2 3
p2 X=1
s
本章小结： 本章小结：
1。朗肯循环的基本原理和基本计算 。 工作原理、热效率及有关计算、汽耗率、 图和T 工作原理、热效率及有关计算、汽耗率、 p-v图和T-s图 2。蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 初温t 初压ｐ 终压p 初温t1、初压ｐ1、终压p2 3。了解其他蒸汽动力循环 再热循环、回热循环、 再热循环、回热循环、热电合供循环
第十一章
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蒸汽动力循环
水蒸汽作为工质的卡诺循环 基本蒸汽动力装置理想循环 — 朗肯循环 其他蒸汽动力循环简介
基本要求：
1。熟练掌握朗肯循环的工作过程和原理 。熟练掌握朗肯循环的工作过程和原理 2。熟练掌握影响朗肯循环热效率的因素、有关 。熟练掌握影响朗肯循环热效率的因素、 影响朗肯循环热效率的因素 热效率的计算和和分析及p-v图和T-s图 热效率的计算和和分析及p 图和T 3。了解其他蒸汽动力循环 。
3.终压p2对热效率的影响
T
6
1 5 4 3
p2 ↓ → ηt ↑
4’ 3’
2 2’
s 终压p2(t2对应的饱和压力)的降低受到环境温度的限制。 对于汽轮机动力装置,终压的范围为ｐ2＝0.003-0.004MPa。
例11-2 某基本蒸汽动力装置，其新汽压力p1=170bar，t1=550℃,汽轮 机排汽压力p2=0.05bar。求汽轮机所产生的功；循环热效率；汽耗 率；若汽轮机相对内效率ηoi=0.90，则实际循环热效率与实际汽耗率 为多少？ 解 根据p1=170bar，t1=550℃，查表得 h1=3424kJ/kg，s1=6.4434kJ/(kg·K)。 h 可逆过程1—2： s2=s1= 6.4434kJ/(kg·K) p2=0.05bar =0.05bar时， h2’=137.77kJ/kg h2”=2561.2 kJ/kg ， s1 ’=0.4762kJ/(kg·K) s2” =8.3952 kJ/(kg·K)
w = ws1 − ws 2 = (h1 − h2 ) − (h4 − h3 ) = (h1 − h4 ) − (h2 − h3 )
w (h1 − h2 ) − (h4 − h3 ) 循环的热效率为 η t = = q1 (h1 − h4 )
略去水泵消耗比轴功，
q=w
h3 ≈ h4
h1 − h2 ηt = h1 − h3
w = h1 − h2
3600 d= h1 − h2
kg /( kW ⋅ h)
h1 − h2 = η t (h1 − h' 2 )
3600 d= η t (h1 − h' 2 ) kg /(kW ⋅ h)
汽耗率ｄ随热效率ηt的提高而降低
三、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
h1 − h2 ηt = ′ h1 − h2
1 4 5 6 1 4 3 2 3 2 5 6
v 1—2：汽轮机中绝热膨胀 2—3：冷凝器中定压冷凝 3—4：给水泵中绝热压缩 4—5—6：锅炉中定压加热 6—1：过热器中定压加热
s
p
T
1 4 5 6 1 4 3 5 6
3
2
2 b
v 1. 热效率
a
s
二、朗肯循环的热效率、汽耗率 朗肯循环的热效率、
1.初温t1对热效率的影响 t1 ↑ → ηt ↑ T
1 5 4 3 6 1’
初温、初压和终压
提高初温还能提高绝热膨胀终 点的干度。
2 2’
s
2.初压ｐ1对热效率的影响 T
1’ 1 5’ 5 4 3 6’ 6
p1 ↑ → ηt ↑
2’ 2
s 提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。因为提高初 温能提高废汽的干度,所以提高初压和提高初温应同步进行。 所以提高初压和提高初温应同步进行。 所以提高初压和提高初温应同步进行
2 p2 X=1 1 p1 t1
s 2 − s1' 6.4434 − 0.4762 x2 = " ' = = 0.75 s 2 − s 2 8.3952 − 0.4762
" ' h2 = x 2 h2 + (1− x 2 )h2 =1980kJ / kg
s
w = h1 − h 2 = 3424− 1980 = 1444kJ / kg 3424 − 1980 h1 − h 2 η t = h −h ′ = = 0 . 4394 1 2 3424 − 137 . 77
d= 3600 3600 = = 2.49kg /( kW ⋅ h) h1 − h2 3424 − 1980 h
1 p1 t1
1-3为实际过程
h1 − h3 ηoi = h1 − h2 ∴h3 = h1 −ηoi (h1 − h2 ) = 3424 − 0.9×1444 = 2124.4kJ / kg 3424 − 2124 . 4 h1 − h 3 η t = h −h ′ = = 0 . 3955 1 2 3424 − 137 . 77 3600 3600 d= = = 2.77 kg /( kW ⋅ h) η oi (h1 − h2 ) 0.90 × (3424 − 1980)
每千克新蒸汽在锅炉和过热器中吸收的热量为
q1 = h1 − h4
=面积4561ba4
每千克废汽在冷凝器中向冷却水放出的热量为
q 2 = h2 − h3 =面积23ab2
p
T
1 4 5 6 1 4 3 5 6
d
c

2
2 b
v
a
s
循环净热量为 q = q1 − q 2 = ( h1 − h4 ) − ( h2 − h3 ) 每千克蒸汽在汽轮机中作功为 ws1 = h1 − h2 =面积12cd1 每千克蒸汽在水泵中耗功为 ws 2 = h4 − h3 =面积34dc3 循环净功为