化工热力学-第六章
化工热力学第六章ppt
V1 37.8cm / mol ,V2 18.0cm / mol;
3 3
20℃时纯甲醇的体积V1=40.46cm3/mol
纯水的体积V2=18.04cm3/mol。
解 将组分的质量分数换算成摩尔分数
20 / 32 x1 0.1233 20 / 32 80 / 18
溶液的摩尔体积为
一、 混合过程性质变化
M M xi M i
Mi是与混合物同温、同压下纯组分i的摩尔性质 二、混合物的摩尔性质与偏摩尔性质的关系
M xi M i M xi M i xi M i xi M i M i
三、混合过程自由焓变化
G xi Gi Gi
n n1 n2
n 1 n1
n 1 n2
H1 105 5 3x 10 x
2 1
3 1
n13 nH 150n 45n1 5 2 n
nH n 3 2 n H2 150 5n1 3 n2 n n2 n2 T ,P ,n1
H 2 150 10 x
3 1
(b)
H 150 45x1 5x13 J / mol
3
B
H1 150 45 1 5 1 100 J / mol H 2 150 45 0 5 0 150 J / mol
3
(c)
H1 lim H1 105J / mol
cm / mol
3
第四节 理想溶液 一、 理想溶液的定义
狭义定义： 服从拉乌尔定律溶液称之，即 广义上说： 所谓理想溶液是指同温、同压、同相时，
pi p x
s i i
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。
化工热力学第六章课后答案
一、填空、选择、判断1、有两股压力分别是12.0 MPa 的饱和蒸汽和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。
在化工设计和生产过程中从合理用能的角度考虑：12.0MPa 饱和蒸汽用于膨胀做功、1.5Mpa 的饱和蒸汽用于换热器做加热介质。
环境温度25℃表1各状态点一些热力学参数2、最简单的蒸汽动力循环是Rankin 循环，由锅炉、过热器、透平机（或汽轮机）、冷凝器、水泵这几个基本装置所组成。
对Rankin 蒸汽动力循环中的各个过程进行功热转化分析时，使用稳流过程热力学定律，其热效率 小于Carnot 循环的热效率。
3、当过程不可逆时，孤立系统的△S 总〉0, 工质的△S 产生〉0。
4、空气在封闭的气缸内经历一过程，相应其内能增加15kJ ，对外界作功15kJ ，则此过程中工质与外界交换热量Q =30 kJ 。
5、有一电能大小为1000KJ ，另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ，则电能的有效能大于恒温热源的有效能。
6、当过程不可逆时，体系的△S 总〉0，工质的△S 产生〉0，损失功W L 〉0。
7、热力学第二定律的克劳修斯说法是 热不可能自动从低温物体传给高温物体，开尔文说法是不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
8、理想功：系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生的最大功或消耗的最小功，用符号Wid 来表示：Wid=△H －T 0△S9、有效能：系统在一定状态下的有效能，就是系统从该状态变化到基态过程所作的理想功，用符号B 号表示：B=(H －H 0)－T 0(S －S 0)10、制冷系数：制冷系数是指消耗单位量的净功所获得的冷量，用符号ξ表示：NW Q 0＝消耗的净功从低温物体吸收的热量=ξ 11、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机，其循环热效率等于62.5%。
12、对有限温差下的不可逆传热过程，传热温差越大，有效能损失越大。
13、在门窗紧闭房间有一台电冰箱正在运行。
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
化工热力学课件之——化工过程能量分析
• 不可逆过程：一个单向过程发生之后一定留下一 些痕迹，无论用何种方法也不能将此痕迹完全消 除，在热力学上称为不可逆过程．
– 凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可逆过 程（自发过程）。 – 如：爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等
§6.0 热力学基本概念复习
• 可逆过程：当体系完成某一过程后，如果令过程逆 行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都回复 到原始状态而不留下任何变化，则此过程称为可逆 过程．
5）可逆过程是效率最高的过程。 体系对外做最大功。 体系对外吸收最小功。 6）很多热力学关系式是在可逆过程的前提下推 导出来的。如： Q
dS T
§6.0 热力学基本概念复习
• 4、热和功
– 1）热和功不是状态函数，与途径有关。 – 2）热和功只是能量的传递形式，而不是贮存形式。 当能量以热和功的形式传入体系后，增加的是内能 。 ΔU＝Ｑ+Ｗ 热力学第一定律 – 3） 按照国际规定:
o H 298
若 以1t 100%H 2 SO4 为 计 算 基 准 则 有 ,
( 1 )4FeS2 11O2 900 8 SO2 2Fe 2O3 0 C Q1 4.22 10 KJ / t
6
( 高 温 余 热) ( 中 温 余 热) ( 低 温 余 热)
( 2 )SO2 0.5O2 590 SO3 0C 420 Q2 1.00 10 KJ / t
– 4) 热的推动力是温差
功的推动力是除温差以外的势的梯度
– 5) 热量的传递是无序的，热量是规格低的能量
功的传递是有序的， 功是规格高的能量
化工过程能量分析实例
• 乙苯脱氢制苯乙烯
C 2H 3 苯乙烯 C2 H 5 乙苯
矿大(北京)化工热力学06第六章(3-28)
泵 水
例：现利用功率为
2.0kW的泵将95℃、流
量为3.5kg·S-1的热水从
低位贮水槽抽出，经过
热交换器以698kJ ·S-1
的速率冷却，送入高出
15m的高位贮水槽，试
求高位贮水槽的水温。
H
u 2
如：钢瓶充气或排气的过程
6.1.2 能量平衡方程
“物化”中我们已经讨论了封闭体系的能量平衡
方程，形式为：
△U = Q +W
体积膨胀功
体系吸热为正值，放热为负值；体系得功为 正值，对环境做功为负值。
WR
V2 V1
pdV
能量通常有以下几种（储存能和传递能）
(1) 内能U
系统内部所有粒子除整体势能和整体动能外， 全部能量的总和。
(3) 重力势能Ep 物质具有质量m，并且与势能基准面的垂直距离为z，物系 就具有势能EK =mgz 。
(4) 热Q 由于温差而引起的能量传递叫做热。规定物系得到热时Q 为正值，物系向环境放热时Q 为负值。
(5) 功W 除热Q 之外的能量传递均叫做功。物系得到功作用，记为正 值；而物系向环境做功，记为负值。
⑴ E —单位质量流体的总能量，它包含有内能、动 能和位能。
EUE kEpUu 2 2gZ
⑵ pV — 流动功，表示单位质量流体对环境或环境对 流体所作的功。
W流 =力×距离= pA dl = pV
如：W1
p1 A1
V1 A1
p1V1
p1V1—输入流动功，环境对体系做功
p2V2—输出流动功，体系对环境做功
1.5MPa 饱和液体焓值 Hl=844.9 饱和蒸汽焓值 Hg=2792.2
H1 H l 1 x H g x
化工热力学
流动系统的热力学原理及应用
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一个过程发生之后，所产生的熵包括体系所产生的熵和与 体系相互作用的环境所产生的熵之和。 注意：用熵变来判断过程是否可逆时，是把体系和环境 作为一个整体—孤立体系来考虑的。它实际上要求不仅体 系内部所进行的过程是可逆的，体系外部所进行的过程也 是可逆的，即要求过程是完全可逆。 熵增的意义：代表体系做功能力的减少或能量的降级。 熵增越大，体系所进行过程的不可逆程度越大，损失功越 多。
第6章 流动系统的热力学原理及应用
6.1 引言 6.2 热力学第一定律 6.3 热力学第二定律和熵平衡 6.4 有效能与过程的热力学分析 6.5 气体的压缩与膨胀 6.6 动力循环 6.7 制冷循环 6.8 热泵
流动系统的热力学原理及应用
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6.1 引言 本章重点：
稳定流动过程及其热力学原理 热力学第一定律和第二定律对化工 过程的能量转化、传递、使用和损 失情况进行分析 能量消耗、大小、原因和部位
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6.2 热力学第一定律 6.2.1 封闭系统热力学第一定律
数学表达式为：
U Q W
dU Q W
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6.2.2 稳定流动系统的热力学第一定律 稳定流动状态： 是指流体流动途径中所有各点的状态（如物流的内 能、焓、熵）都不随时间而变化，即所有质量和能量的 流率均为常量，系统中没有物料和能量的积累。 Q
m
j
j
S j miSi S
i
f
Sg
上述式子实际说明体系本身熵变与熵流和熵产的关系。 即：稳流体系熵变等于体系与环境之间交换的热量所携带 的熵流与体系内由于不可逆因素引起的熵产生之和。 上式左端实际上是所研究的体系（具体物质）的性质， 右端是体系与环境之间熵的相互作用。 实际上说明体系的熵与环境相互作用时熵的相互关系。
化工热力学第六章
W id T 0 S H
比较理想功与实际功，可以评价实际 过程的不可逆程度
2
损失功
1）定义：
损失功定义为系统在相同的状态变化
过程中，实际过程所作的功（产生或消
耗）与完全可逆过程所作的理想功之差。
对稳流过程表示为：
W L W id W S
T0 S H
0 0 0
2
2
有效能效率和有效能分析 1）有效能效率 从状态1 变到状态2，有效能变化为
4
B B 2 B 1 ( H 2 H 1 ) T0 ( S 2 S 1 ) H T0 S 或 B W id
• 当ΔB<0，减少的有效能全部用于做可逆 功，所作的最大功为Wid • 当ΔB>0，增加的有效能等于外界消耗的 最小功
1 高温烟道气 流量500kJ•h-1 800℃ Cp=0.8kJ•kg-1•K-1
环境 298K
2 低温排水 流量1348kJ•h-1 80℃ Cp=4.18kJ•kg-1•K-1
B1
H
H 0 T0 S S 0 d T T0
T1 T0
T1 m1 C T0 m 1C
m
j
j
Sj
ΔSf为熵流，伴随热量流动而产生的相应
的熵变化。可正、可负、可零。规定流入
体系为正，流出体系为负；
• ΔSg为熵产生
•该式适用于任何热力学系统
对于不同系统可进一步简化
对稳定流动系统
S 0 S f S g S g
m
i j
i
Si
m
j i
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
化工热力学第六章习题答案
化工热力学第六章习题答案化工热力学第六章习题答案热力学是研究物质能量转化和传递规律的科学，它在化工工程中具有重要的应用价值。
化工热力学第六章主要涉及了理想气体的热力学性质和热力学循环等内容。
下面将针对该章节的习题进行详细解答。
1. 一摩尔理想气体的焓与温度关系为H = aT + bT^2 + cT^3 + dT^4，其中a、b、c、d为常数。
求该气体的热容与温度的关系。
解答：热容C定义为单位质量或单位摩尔物质的温度变化时吸收或放出的热量。
对于理想气体，热容与温度的关系可以通过计算焓关于温度的一阶导数得到。
首先，根据题目中的焓与温度关系式，对其求导得到：dH = a dT + 2b T dT + 3c T^2 dT + 4d T^3 dT根据热容的定义，热容C可以表示为：C = dQ/dT = dH/dT将上式代入，得到：C = a + 2b T + 3c T^2 + 4d T^3所以，该气体的热容与温度的关系为C = a + 2b T + 3c T^2 + 4d T^3。
2. 一摩尔理想气体的焓与温度关系为H = aT + bT^2 + cT^3 + dT^4，其中a、b、c、d为常数。
求该气体的熵与温度的关系。
解答：熵S定义为单位质量或单位摩尔物质在等温过程中吸收或放出的热量与温度之比。
对于理想气体，熵与温度的关系可以通过计算焓关于温度的二阶导数得到。
首先，根据题目中的焓与温度关系式，对其求导得到：dH = a dT + 2b T dT + 3c T^2 dT + 4d T^3 dT再对上式求一次导数，得到：d^2H = a d^2T + 2b dT^2 + 6c T dT^2 + 12d T^2 dT + 12d T^3 d^2T根据熵的定义，熵S可以表示为：S = dQ/T = dH/T将上式代入，得到：S = (a dT + 2b T dT + 3c T^2 dT + 4d T^3 dT) / T化简后得到：S = a/T + 2b + 3c T + 4d T^2所以，该气体的熵与温度的关系为S = a/T + 2b + 3c T + 4d T^2。
化工热力学第6章
Chapter5 Energy Analysis of Chemical process
T2 423 u2 u1 5 6.98m / s T1 303
1 2 6.98 5 m u 50 593J 0.593kJ 2 2
2 2
mgz 50 9.81 3 1472 J 1.472kJ
稳态流动体系的能量平衡关系可写为：
2 u2 u12 U 2 gz2 U1 gz1 Q Ws PV1 P2V2 1 2 2
u 2 单位质量流体！ U PV gz Q Ws 2 u 2 H gz Q Ws (6-13) 2
F U
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Chapter5 Energy Analysis of Chemical process
P u F gz 0 2
2
对于非粘性流体或简化的理想情况，可忽略摩擦损耗，则
热力学是研究能量的科学，用热力学的观点、 方法来指导能量的合理使用已成为现代热力学一大 任务。 进行化工过程能量分析的理论基础是: 热力学第一定律 热力学第二定律 “物化”课程: 封闭系统 化工生产: 敞开体系
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Chapter5 Energy Analysis of Chemical process
单位质量的流体带入、带出能量的形式为动 能(u2/2)，势能(gz)和热力学能(U)。
1 2 E1 U1 u1 gz1 2
热力化学第六章 化工过程热力学分析
Wid 耗功：a WS
T0 T0 Q低 Q 1 1 T L T I a T0 Q高 1 T H
T0 1 T L T0 1 T H
100%转化为理想功。 100%转化为理想功。
E XP
E XPh 部分转化为理想功。 E XC 部分转化为理想功。
稳流过程，流体具有的总有效能为：
EX EXK EXP EXPh EXC
6.3 过程热力学分析法
1）动能 和位能 100%转化为理想功。
E XK
2） 物理
6.2 化工单元过程的热力学分析
1. 流体流动过程的热力学分析 问题的提出： 由于流体流动有摩擦，包括流体的内摩擦及 流体与管道、设备的摩擦，使流体的一部分机械 能耗散为热能，导致功损耗，并有熵产生。 流体流动的推动力是压力差，为不可逆过程， 也有熵产生。 讨论流体流动过程的功损耗应首先找出熵产生 与压力降之间的关系：Δ Sg Δ p
6.2 化工单元过程的热力学分析
(4)换热过程的热力学效率： 例题6-9
H L Wid WL Wid a H H Wid Wid 无温差的传热过程，若无散热损失： a 1，但实际 生产中均为不可逆的有温差传热：
H L Wid Wid
a 1
思考： (1)热量全部回收，仍有功耗，为什么？
T Q ) Q(1 0 ) T T
|QH|=|QL|=Q
T0 ) TH T L Wid Q (1 0 ) TL
H Wid Q (1
损耗功： WL W
H id
T0 (TH TL )Q W TH TL
L id
化工热力学习题 冯新主编第6章习题及答案打印版
第6章 压缩、膨胀和制冷循环一、选择题1. 蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一定 制冷剂冷却和冷凝放出的热量 A 大于 B 等于 C 小于 （C ）2. 从制冷原理和生产应用方面说明制冷剂的选择原则。
答（1）潜热要大。
因为潜热大，冷冻剂的循环量可以减小。
氨在这方面具有显著的优点，它的潜热比氟里昂约大10倍，常用于大型制冷设备。
（2）操作压力要合适。
即冷凝压力（高压）不要过高，蒸发压力（低压）不要过低。
因为冷凝压力高将增加压缩机和冷凝器的设备费用，功率消耗也会增加；而蒸发压力低于大气压力，容易造成空气漏入真空操作的蒸发系统，不利于操作稳定。
在这方面氨和氟里昂也是比较理想的。
（3）冷冻剂应该具有化学稳定性。
冷冻剂对于设备不应该有显著的腐蚀作用。
氨对铜有强烈的腐蚀作用，对碳钢则腐蚀不强；氟里昂则无腐蚀。
（4）冷冻剂不应有易燃和易爆性。
（5）冷冻剂对环境应该无公害。
氟里昂F11、F12对大气臭氧的破坏已被公认，将逐渐被禁用，无公害的氟里昂替代品已大量应用。
综合以上各点，氨作为冷冻剂常用于大型冷库和工业装置。
而无公害氟里昂常用于小型冷冻机和家用电器3. 某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在２5０K 吸收热量Q L ,在３００K 放出热量-Q H ,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功为Ws ，判断下列问题的性质。
A 可逆的 B 不可逆的 C 不可能的 (1). Q L =2000kJ Ws=400kJ （ A ）2505300250η==-可逆 20005400L sQ W η===ηη=可逆 该制冷过程是可逆的 (2). Q L =1000kJ Q H =－1500kJ ( B ) 2505300250η==-可逆 1000215001000L L sH LQ Q W Q Q η====---ηη<可逆该制冷过程是不可逆的(3). Ws=100kJ Q H =－700kJ ( C )2505300250η==-可逆 7001006100H sL ssQ W Q W W η---====ηη>可逆该制冷过程是不可能的4. 卡诺制冷循环的制冷系数与 有关。
化工热力学的教学课件6
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——气体的膨胀
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——气体的膨胀
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——气体的膨胀
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
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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。
（2）热效率提高，但设备成本提高。
3. 热电循环
分为两种： （1） 背压式汽轮机联合供电供热循环
特点： ① 冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质（不一定是冷却水）
冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用； ② 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,大于大气
压力； ③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热用户的热量/输入的总热量。
问题在于： （1）湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用，汽轮机带水量 不 得 超 过 10% ， 水 泵 不能带入蒸汽进泵； （2）绝热可逆 过程实际上难以实现 。
第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是郎肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
2. 郎肯循环
郎肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循环不同表现在
第六章
蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环
一. 蒸汽动力循环为正向卡诺循环 二. 蒸汽动力循环
1. 工作原理及T-S图 蒸汽动力循环的主要设备有：
透平机（汽轮机） 冷凝器 水泵 锅炉、过热器等组成 工作介质一般为水
锅炉
4
1
气 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 气轮机等熵膨胀到状态2， 同时对外做功，2点状态 为乏汽从汽轮机流出后进 入冷凝器，乏汽在冷凝器 中放出汽化潜热而变为该 压力下的饱和水，放出的 热量由冷却水带走，达到 状态3，饱和水经水泵升 压到P1进入锅炉，在锅炉 吸收热量，使工质变化到 状态1，完成一个循环。
(5) 热效率
定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量
数学式： ws wp H2' H1 H4 H3
QH
H1 H4
wp ws
ws
QH
4. 应用举例
[P135-138 例6-1~6-2]自看
例6-2 插图
t=320 ℃ 核 反 应 堆
4
1 汽轮机
锅
2 或2’
炉
冷
凝
器
3
二.对外作功的绝热膨胀
1. 可逆绝热膨胀
特点：等熵过程
(1) 微分等熵温度效应
定义式：
s
T p
S
(2) 等熵膨胀致冷的可能性
（6-15）
对于定组成单相体系，自由度为2，S=f（T，P）
对于等熵过程：
dS
S T
p
dT
S p
T
dP
0
T p
S
S p
T
S T
p
S p
T
V T
p
（Maxwell第一关系式）
QL
QH
（2） 抽气式汽轮机联合供电供热循环
特点： –① 工质部分供热，部分作功 –② 供热量与乏汽无关 –③ 热电循环效率
QRH
QH
QH H1 H 7
QRH H6 H 2 ws H1 H 2 (1 )H 2 H3
热效率 ws
QH
能量利用参数 ws Qh
(2) H1↑，提高汽轮机进口蒸汽的压力或温度 (3) 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效率
1.再热循环
再热循环的热效率
T
8 7 6
1 P1 3 p2
2 p3
45
S 结论：（1）η提高
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
1
2
wsh+wsL 34
卡诺循环：等温过程 郎肯循环：不可逆吸热过程， 沿着等压线变化
水 定压升温沸点 定温定压汽化饱和蒸汽 定压升温过热蒸汽
T
4 3
1 2 2’
S
1—2’ 对应于汽轮 机
2’—3 冷凝器进行 ，在冷凝器里冷却水把 工作介质的热量带走使 其由气体转变为液体。
3—4 水泵中进行 4—1 锅炉进行， 水在锅炉中恒压加热。
(2) T-S图法 T
TH T2 T1 T1
等H线
P1 P2
T2
S (3) 利用经验公式估算
对于空气，当压力变化不太大时，不考虑温度的
影响，可直接按下式近似估算：
TH 0.29( p2
p1
)
273 T1
2
式中：压力单位为大气压atm，温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体，其表达式不同。
对于H=f（T，P） ∵ P发生变化 之发生变化
∴T也随
2. 微分节流效应（焦汤效应）
（1） 定义式
流体节流时，由于压力变化而引起的温度变化，
称为微分节流效应
数学式：
J
T P H
（6-12）
∵H=f（T，P）
dH H dT H dP
T P P T
节流过程： dH 0
H
TH T2 '-T1
T P1
1 0
2’
P2 2
制冷量：QOS>QOH
S
QOS=Ho-H2=(Ho-H1)+(H1-H2)=QOH+WR
QOH=Ho-H2’= Ho-H1
3.设备与操作 节流膨胀：简单，针形阀 等熵膨胀：复杂，需要低温润滑油。
4.操作条件与运行情况
一般大、中型企业这两种都用，小型企业用节流膨胀
QR
H
（2）乏汽湿含量减少，干度增加。
2.回热循环
回热循环的热效率：
ws wp ws QH QL 1 (1)(H3 H2 )
QH
QH
QH
H1 H6
抽气量α取回热器作能量衡算
H 2, H 5 (1 )H 5 H 4
H5 H 4
H 2, H 4
结论：
（1）减少了工作介质吸热过程的温差（不可逆），由TH-T4 减少到TH-T6
这就说明了在相同条件下等熵膨胀系数大于节流 膨胀系数,因此由等熵膨胀可获得比节流膨胀更好的 致冷效果.
(3) 积分等熵温度效应
等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起的温度变化，
称之。
p2
Ts T2 T1 s dp
p1
计算积分等熵温度效应的方法有4种：
① 利用积分等熵温度效应
Ts
p2
s dp
图示：
T
μJ =0
T↘ μJ >0 致冷区
等H线 T↗
μJ <0
制热区 P
4 积分节流效应
TH
p2
1
T
V
p1 Cp T
p
V dp
（6-14）
积分节流效应的求法:三种
（1） 公式法
若p变化不太大，μJ为常数 TH J ( p2 p1)
若p变化大，μJ不为常数，用式（6-14）计算， 但很麻烦，一般不用。
当μJ<0时，表示节流后压力下降，温度上升，
V T V 0 致热 T P
（3） 结论
① 节流膨胀过程的主要特征是等焓过程； ② 理想气体节流时温度不变，不能用于制
冷、制热； ③ 真实气体节流效应取决于气体的状态，
在不同的状态下节流，具有不同的微分节流 效应值。
3 转化点，转化曲线
转化点： 当
J
T P H
0
时，T，P所对应的点。
➢转化曲线:将各转化点 联结起来所组成的曲线. ➢在 转 化 曲 线 左 侧 ， 等 焓 线 上 ， 随 P↘ ， T↘ ， μJ >0，致冷区 ➢在 转 化 曲 线 右 侧 ， 等 焓 线 上 ， 随 P↘ ， T↗ ， μJ <0，制热区 ➢转化点上, μJ =0
WSR H12 H 2 H1
∵
s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
kJ/kg （理想）
∴ WS sWSR
(4) 水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H3