工程热力学讲义第十章解析
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工程热力学 第十章 制冷循环
35
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀 机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这 种方法？为什么？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀 机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这 种方法？为什么？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
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章气体的压缩.
概
述
另有罗茨式压气机(Roots blower)等等
压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环
活塞式压气机的压气过程
目的：研究耗功，越少越好 指什么功 技术功wt
p
2
1
理论压气功(可逆过程)
v
压气机的工作原理
压气机的工作原理
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s (2)、特别慢，热全散走。 T (3)、实际压气过程是
nk n 1 1 n k
2s
n
T2TΒιβλιοθήκη p 2 2 2 n T s p2
p1
1
p2
p1
2n
1
v
s
第十章 气体的压缩
概
述
压缩气体的用途： 动力机、风动工具、制冷工程、 化学工业、潜水作业 、 医疗、休闲等。
概 述
压气机分类：工作原理 压头高低 活塞式—压头高，流量小， 通风机—表压0.01MPa以下 间隙生产 鼓风机—表压0.1~0.3MPa 叶轮式—压头低，流量大， 压气机—表压0.3MPa以上 连续生产
10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环
10-3 水蒸气的热力过程 目的—确定过程的能量转换关系 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 包括w 以及 以及u和 等 因此,需确定状态参数的变化. 包括 ,q以及 和Δh等.因此,需确定状态参数的变化. 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律: 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律:
图和T-s图 三,水蒸气的p-v图和 图 水蒸气的 图和
分析水蒸气的相变图线可见,上,下界线表明了水汽化的始末界线, 分析水蒸气的相变图线可见, 下界线表明了水汽化的始末界线, 二者统称饱和曲线, 图分为三个区域,即液态区( 二者统称饱和曲线,它把p-v和T-s图分为三个区域,即液态区(下 界线左侧) 湿蒸汽区(饱和曲线内) 汽态区(上界线右侧) 此外, 界线左侧),湿蒸汽区(饱和曲线内),汽态区(上界线右侧).此外, 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久" 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久"气体与液体 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点) 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点), 二线(上界线,下界线) 三区(液态区,湿蒸汽区,气态区) 二线(上界线,下界线),三区(液态区,湿蒸汽区,气态区)和五态 未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, (未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, 过热蒸汽状态) 过热蒸汽状态)
q = h h ′′
显然, 的水加热变为过热水蒸气所需的热量, 显然,将0.01℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量,等于液 的水加热变为过热水蒸气所需的热量 体热,汽化潜热与过热热量三者之和. 体热,汽化潜热与过热热量三者之和.而且整个水蒸气定压发生过 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算 用水和水蒸气的焓值变化来计算. 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算.
工程热力学第十章 动力循环
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、调节抽气式热电循环
第四章 内燃机循环
气体动力循环按热机的工作原理分类，可分为内燃 机循环和燃气轮机循环两类。内燃机的燃烧过程在热机 的汽缸中进行，燃气轮机的燃烧过程在热机外的燃烧室 中进行燃气轮机主要有三部分组成：燃气轮机、压气机和燃烧 室
工质的吸热量 放热量
循环的热效率
q1 c p (T3 T2 )
q 2 c p (T4 T1 )
t
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
T1 (T4 T2 (T3
T 1 1) T 2 1)
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)
T1 T2
v2 v1
1
1 1
,
T4 T1
v3 v2
t,p
1
1 ( 1) 1
1cv(T4T1) 1T1(T4T11)
cv(T3T2)
T2(T3T21)
v3=v2，v4=v1，故
T2 T1
vv121
T3 T4
vv431
T2 T3 , T1 T4
T4 T3 T1 T2
t
1 T1 T2
1 1
T2 T1
1
1
v1 v2
1
1
1 k1
v1 v2
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》教学课件第10-11章
wc,s wc,n wc,T
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
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-第十章动力循环之朗肯循环
02
初参数对朗肯循环热效率的影响
1. 初温t1
T 1 T 2不变 t
或 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21
t11t2t21
t123561
t
02
2. 初压力 p1
T 1 ,T 2不变 t 但 x2下降且 p太高造成强度问题
3. 背压 p2
实际并不实行 卡诺循环
01
02. 朗肯循环的热效率
02
朗肯循环的热效率
t
wn wt,T wt,P
wt,T h1 h2 ? cp T1 T2
wt,P h4 h3
wnet h1 h2 h4 h3
02 T 1不变 ,T 2 t 但受制于环境温度，不能任意
降低 p2 6kPa,ts 36.17 C; p2 4kPa,ts 28.95 C
同时，x2下降 。
思考： 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？
THANK YOU
第十章 动力循环 之
朗肯循环
CONTENTS
01. 朗肯循环的流程 02. 朗肯循环的热效率
01. 朗肯循环的流程
01
朗肯循环 (Rankine cycle)
1）流程图
2）p-v，T-s图
01
3）水蒸气的卡诺循环
水蒸气卡诺循环有可能实现，但：
（1）温限小 （2）膨胀末端x太小 （3）压缩两相物质的困难
t
h1 h2 h1 h3
h1 h2 h1 h2'
5）耗汽率(steam rate)及耗汽量
理想耗汽率(ideal steam rate) d0 —装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
工程热力学与传热学 第十章 气体动力循环
在斯特林循环中，在定容吸热过程2-3中工质从回热器中吸收的
热量正好等于定容放热过程4-1放给回热器的热量。经过一个循环
回热器恢复到初始状态。 可以证明：在相同的温度范围内，理想的定容回热循环（斯特 林循环）和卡诺循环，具有相同的热效率。
斯特林循环的突出优点是热效率高、污染少，对加热方式的适
应性强。随着科技的发展以及环境保护日益为人们所重视，斯特林
同样可以证明：在相同的温度范围内，理想的定压回热循环（ 艾利克松循环）和卡诺循环，具有相同的热效率。 理想回热循环（斯特林循环和艾利克松循环）通常称为概括性 卡诺循环。实践证明，采用回热措施可以提高循环热效率，也是余 热回收的一种重要节能途径。
本章小结
1。气体动力循环的基本概念 1）内燃机的特性参数：
P 3 2 4
0-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入气缸内
空气的压力略低于大气压力。
1-2：压缩过程 2－3－4－5：燃烧和膨胀过程
5 6
燃烧可分为定容过程和定压过 程
1
Pb
0
5－6－0：排气过程
V
P 3 2 4
简化原则为:（1）不计吸气和
排气过程，将内燃机的工作过程 看作是气缸内工质进行状态变化 的封闭循环。
3 - 4为定压加热过程：
T4 v4 T3 v3 T4 T3 T1 k 1；p4 p3 p1 k
v1 v2
p3 p2
v4 v3
4-5为定熵过程，5-1及2-3为定容过程，因此有：
T5 v 4 k 1 v 4 k 1 v 4 v 2 k 1 k 1 ( ) ( ) ( ) ( ) T4 v5 v1 v3 v1
2-3：定容吸热； 4-5：绝热膨胀；
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
工程热力学第十章_湿空气
判别依据：湿空气中水蒸气的状态 未饱和湿空气－水蒸气的状态是过热状态 饱和湿空气－水蒸气的状态是饱和状态
一 概述
2 饱和湿空气和未饱和湿空气
p T
3
t
pv
1
2
3
1
pv
2
v
s
状态1为未饱和湿空气
状态2、3为饱和湿空气
二 湿空气的湿度
1 绝对湿度
1m3湿空气中所含水蒸气的质量。
在数值上绝对湿度等于水蒸气的密度，所以绝对
1 湿空气的焓
湿空气的焓等于干空气的焓与水蒸气的焓之和
H=Ha+Hv=maha+mvh
湿空气的比焓是指含有1kg干空气的湿空气的焓
值，
h
H ma
maha mvhv ma
ha
0.001dhv
基准是单位质量干空气，即等于1kg干空 气的焓和0.001dkg水蒸气的焓之总和
1 湿空气的焓
取0℃时干空气的焓值为零，则干空气的焓可按下 式计算：
ha＝cpt=1.004t kJ/kg（干空气）
由于压力不太高的情况下湿空气中的水蒸汽可看 作理想气体，故其焓值的近似计算式为：
hv＝2501＋1.86t kJ/kg （干空气）
因此
h=1.004t+0.001d(2501+1.86t) kJ/kg （干空气）
三 湿空气的焓、露点温度与湿球温度
2 露点温度
湿度也用符号v表示。
v
1 vv
pv RvT
注意
T一定条件下，绝对湿度仅取决于水蒸气的分压力pv。它反 映了湿空气中水蒸气的疏密程度，并不直接表示湿空气的吸
湿能力和干燥潮湿程度。
一 概述
2 饱和湿空气和未饱和湿空气
p T
3
t
pv
1
2
3
1
pv
2
v
s
状态1为未饱和湿空气
状态2、3为饱和湿空气
二 湿空气的湿度
1 绝对湿度
1m3湿空气中所含水蒸气的质量。
在数值上绝对湿度等于水蒸气的密度，所以绝对
1 湿空气的焓
湿空气的焓等于干空气的焓与水蒸气的焓之和
H=Ha+Hv=maha+mvh
湿空气的比焓是指含有1kg干空气的湿空气的焓
值，
h
H ma
maha mvhv ma
ha
0.001dhv
基准是单位质量干空气，即等于1kg干空 气的焓和0.001dkg水蒸气的焓之总和
1 湿空气的焓
取0℃时干空气的焓值为零，则干空气的焓可按下 式计算：
ha＝cpt=1.004t kJ/kg（干空气）
由于压力不太高的情况下湿空气中的水蒸汽可看 作理想气体，故其焓值的近似计算式为：
hv＝2501＋1.86t kJ/kg （干空气）
因此
h=1.004t+0.001d(2501+1.86t) kJ/kg （干空气）
三 湿空气的焓、露点温度与湿球温度
2 露点温度
湿度也用符号v表示。
v
1 vv
pv RvT
注意
T一定条件下，绝对湿度仅取决于水蒸气的分压力pv。它反 映了湿空气中水蒸气的疏密程度，并不直接表示湿空气的吸
湿能力和干燥潮湿程度。
西建工程热力学课件10动力循环
3、混合加热循环
§10.5 燃气轮机循环
1、简单燃气轮机定压加热循环
（布雷顿（Brayton）循环） （1）工作原理
2、分析计算
2、分析计算
2、分析计算
3、燃汽轮机装置的优缺点及应用
优点
应用
缺点
本章作业 P202:10-2、10-6、10-11
➢ 热电循环原理
➢ 内燃机、燃气轮机循环原理及其能量分 析、热效率计算
§10.1 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
1、装置与流程 (1)四个主要设备：
(2)
(3)p-v图
(4)T-S图
（5）焓熵图
2、
（1） （2）
（3）取锅炉为控制体
（4）
（6）朗肯循环热效率
3、提高朗肯循环热效率的基本途径
目的：克服汽轮机尾部蒸 汽湿度过大造成的危害。
2、再热循环
高压汽轮 机
低压汽轮机
相当于在朗肯循环的基础上 增加了新的循环：
6 1' 2' 2 6。
一般而言，采用一次再热循环以后，循 环热效率可提高2%～ 4%左右。 实际应用的再热次数一般不超过两次。
②
q1 (h1 h3 ) (h1' h6 )
q2 h2' h3
或
目前超高压以上（如蒸汽 初压13MPa、24MPa或更高） 的大型发电厂几乎毫无例外 地采用再热循环。
我国制造的超临界压力 100万kW的汽轮发电机组即 为一次中间再热式的，进汽 初参数为27.46MPa、 605℃，再热参数为 5.94MPa、603℃。
现代蒸汽动力厂循环，即使采用超高蒸汽参数、回热、 再热等措施，其热效率仍不超过50%。
燃料喷射停止后，燃烧随即结束，这时活 塞靠高温高压燃烧产物的绝热膨胀而继续 被推向右方而形成工作过程3-4； ➢排气过程4-0；
工程热力学-第十章动力循环之其他循环
03
循环热量利用系数
已利用的热量
工质从热源所吸收的热量
> 循环热效率
循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性
热电厂热量利用系数
利用的热量 燃料的总释热量
THANK YOU
3）回热器中过程不可逆，为什么 循环ηt 上升？
03. 热电联产
03
热电联产（power-and-heating plant cycle）
一、背压式设备流程及T-s图
特点—发电量受热负荷制约。
03
二、抽汽凝汽式设备流程及T-s图
特点—热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。
三、热量利用系数
第十章 动力循环 之
其他循环
CONTENTS
01. 再热循环 02. 回热循环 03. 热电联产
01. 再热循环
01
再热循环（reheat cycle）
一、设备流程及T-s图
二、再热对循环效率的影响
01
忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
回热器两种方式
混合式
间壁式
02
二、回热循环计算
02
1. 抽汽量
能量方程：
1 h4 h01 h01' 0
忽略泵功 h4 h2' h01' h2'
h01 h2'
2. 回热器(regenerator)R 熵方程：
1 s2' s01 s01' Sf Sg
t
wnet q1
循环热量利用系数
已利用的热量
工质从热源所吸收的热量
> 循环热效率
循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性
热电厂热量利用系数
利用的热量 燃料的总释热量
THANK YOU
3）回热器中过程不可逆，为什么 循环ηt 上升？
03. 热电联产
03
热电联产（power-and-heating plant cycle）
一、背压式设备流程及T-s图
特点—发电量受热负荷制约。
03
二、抽汽凝汽式设备流程及T-s图
特点—热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。
三、热量利用系数
第十章 动力循环 之
其他循环
CONTENTS
01. 再热循环 02. 回热循环 03. 热电联产
01. 再热循环
01
再热循环（reheat cycle）
一、设备流程及T-s图
二、再热对循环效率的影响
01
忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
回热器两种方式
混合式
间壁式
02
二、回热循环计算
02
1. 抽汽量
能量方程：
1 h4 h01 h01' 0
忽略泵功 h4 h2' h01' h2'
h01 h2'
2. 回热器(regenerator)R 熵方程：
1 s2' s01 s01' Sf Sg
t
wnet q1
工程热力学第十章(湿空气)09(理工)(沈维道第四版)
1kg干空气基准 干空气基准） （1kg干空气基准）
s = sa + d ⋅ sv
湿空气的比体积： 湿空气的比体积：
m R T V M mRmT R RgT 3 == = va = (1+ d ) v= m /kg(a) ma Mp p a a m aa a a
mRmT V= pM
m3
§10-3 湿空气的焓湿图
三、描述湿空气的参数
除p、v、T、h外，引入专用参数： 外
湿度、含湿量
湿空气的压力p为：
后面讲授
p = pa + pv
干空气的分压 水蒸气的分压
下标a：空气 下标 ：空气(air) 下标v：水蒸气(vapor) 下标 ：水蒸气 下标s：饱和水蒸气 下标 ： (saturation )
四、未饱和湿空气 过热蒸汽 水蒸气 饱和蒸汽
kg水蒸气 3湿空气 水蒸气/m 水蒸气 说明湿空气 湿空气在该 不能说明湿空气在该 状态下的干湿程度
不常用！ 不常用！
二、相对湿度
在相同的温度下： 在相同的温度下：
0 ≤ pv ≤ p s
相对湿度： 湿空气中水蒸气的实际分压与 相对湿度： 湿空气中水蒸气的实际分压与同温 指 水蒸气的饱和压力之比 之比。 度下水蒸气的饱和压力之比。 ＝1 饱和湿空气 0 < f < 1 未饱和湿空气 ＝0 干空气 表明湿空气 同温下饱和湿空气的 湿空气与 表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含水蒸气的 所含水蒸气 反映所含水蒸气的饱和程度 f 干燥，吸水能力强 越干燥，吸水能力强 f 湿润，吸水能力低 越湿润，吸水能力低
与横坐标呈135度的平行斜线组 度 与横坐标呈
h
135度 度 h
工程热力学第10章
h3 ws. p h3 0.0251 121.30 121.3251kJ kg
（1）循环的加热量：
q1 h1 h3 3490 121.3251 3368 .6 kJ kg
22
12 汽轮机，过热水蒸汽 s 膨胀
s2 s1 1 x2 s x2 s
2
6 b 1′
a
2′
2
2
x2
x2
4
x2 x2
s
3
32
二、再热对循环效率的影响
忽略泵功：
T
5 4 1 1′ 6 2′ 3
wnet h1 h6 h1 h2
q1 h1 h3 h1 h6
热效率：
2
x2
x2
wnet (h1 h6 ) (h1 h2 ) t q1 (h1 h3 ) (h1 h6 )
ps p3 4 kPa 0.004Mpa
3
且，3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）
t s 28.9533o C , v3 v 0.0010041 m 3 kg , h3 121.30 kJ kg s 0.4221kJ kg K , s 8.4725kJ kg K h 121.30 kJ kg , h 2553.45 kJ kg
h
5 4 1
5 2
s
3’
3
2 s
23 凝汽器，湿蒸汽
p
T 放热
12 汽轮机，过热水蒸汽 s 膨胀
33’给水泵，凝结水 s 压缩
8
第十九次课
第十章 蒸汽动力装置循环
•复习：
10-1 水蒸气朗肯循环原理
工程热力学10-气体的压缩
0
0
1
效率
C,s
0
0
1
RgT1
wC,n
n n 1
p1v1
p2 p1
n1
n
1
n n 1
p1v1
n1 n
1
增压比 p2
p1
定比热理想气体
wC,n
n
n 1
RgT1
n1 n
1
wC,T RgT1 ln
wC,s
为使wC, n最小，令
dwC,n 0 dp2
p2 p1 p4
p2 p4 p4
p1 p2 p3
如果第一级和第二级气缸采用相同的
增压比
p2 p1
p4 p3
，那么压气机消耗的
功将是最少的
这时两个气缸消耗的功相等，压气机 消耗的功是每个气缸消耗功的两倍
wC,n
2
n
n
1
RgT1
n1 n
1
由于有中间冷却器， 压气机少消耗的功如 图中面积23452所示
推广言之，对m级的多级压气机，各级
1
增压比
pmax pmin
m
压气机消耗的功为每一级气缸消耗功
的m倍
wC,n
m
n n 1
RgT1
n1 n
p2 p1
10工程热力学第十章2-2018——工程热力学课件PPT
11 7 2
对比9-10-11-12
•11点x太小,不利于汽机 强度； • 12-9两相区难压缩； s • wnet卡诺小
4如何提高朗肯循环的热效率
T
Tm1
5
4
3
1
t
h1 h1
h2 h3
6 影响热效率的参数？
2
p1 t1 p2
s
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T
5'
5
4'
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
§ 9-3 喷管中流速及流量计算
三、临界压力比及临界流速
C1= 0, !!!
C1>50m/s
k 1.4
0.528
pc 0.528 p1
k 1.4
0.528
pc 0.528 p0
第十章 动力循环
动力循环研究目的和分类
动力循环的分类
按结构
活塞式 piston engine 汽车，摩托，小型轮船
叶轮式
Gas turbine cycle 航空，大型轮船，电站
第十章 动力循环
§10-1 蒸汽动力基本循环
回热循环和再热循环
热电循环
§10-2 内燃机循环
§10-3 燃气轮机循环
为什么研究水蒸气？---朗肯循环
为什么研究水蒸气？-有机朗肯循环
3
2 2'
左右
v• 2' 汽机出口尺寸大
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
T 1
5
4
4' 3 3'
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按冲程：二冲程(two-stroke )、四冲程(four-stroke )
6
活塞式内燃机循环特点： 开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆； 各环节中工质质量、成分稍有变化。
7
二、平均有效压力-mean effective pressure 循环净功与活塞排 量的比值。
定容增压比—pressure ratio
p3
p2
定压预胀比 — cutoff ratio
v4
v3
11
2.循环热效率
t
wnet q1
wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 cp T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
t
1
q2 q1
t
1
1
1
1
1
1 t
1
1
1 1
16
讨论：
a) t wnet
b) t wnet
C) 重负荷（，q1 ）时 内部热效率下降，除
外还有因温度上升而使 ，造成热效率下降。
17
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1
v2
p3
p2
18
v1
v2
p3
p2
q1 cV T3 T2 q2 cV T4 T1
t
1 q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1 t
1
1
1
1
1
1
1
1 19
讨论：a) t
b) ; t不变，但wnet C) 重负荷（q1 ）时内部 热效率下降，因温度上升 使 ，造成热效率下降。
20
已知某柴油机混合加热理想循环p1=0.17 MPa、t1=60℃， 压缩比ε=14.5，气缸中气体最大压力10.3 Mpa，循环加 热量q1=900kJ/kg。设其工质为空气，比热容为定值并取 cp=1004 J/（kg.K），cV=718 J/（kg.K），κ=1.4；环境 温度t0=20℃，压力p0=0.1 Mpa。试分析该循环并求循环 热效率及佣效率。
一.活塞式内燃机(internal combustion engine)简介
分类：
按燃料：煤气机(gas engine)、汽油机(gasoline engine; petrol engine)、柴油机(diesel engine)
按点火方式：点燃式(spark ignition engine)、压燃式 (compression ignition engine)
3
四.空气标准假设(the air-standard hypothesis)
气体动力循环中工作流体
理想气体
空气
定比热
燃烧和排气过程
吸热和放热过程
燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计
五、 内部热效率(internal thermal efficiency )i
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实
际循环的指导。
b.利用T-s图分析循环较方便。
c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m平均。
15
二.定压加热理想循环—Diesel cycle
v1
v2
v3
v2
t
1
q2 q1
q2 cV T4 T1
q1 cp T3 T2
t
1
T4
T3
T1 T2
指导改善
实际循环
2）分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际
损失的部位、大小、原因及改进办法。
2
三.分析动力循环的方法 1）第一定律分析法
以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。
2）第二定律分析法 熵分析法
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。
熵产 作功能力损失
用分析法
用损
用效率
与实际循环相当的内可逆循环的热效率。
相对热效率(relative thermal efficiency)， 反映该内部可逆循环因与高、低温热源 存在温差（外部不可逆）而造成的损失。
相对内部效率(internal engine efficiency)
反映内部摩擦引起的损失。
5
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
MEP Wnet Vh
8
三.活塞式内燃机循环的简化 汽油机
9
柴油机
01 吸气 12 压缩 23 喷油、燃烧 34 燃烧 45 膨胀作功 50 排气
简化：引用空气标准假设
燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热
排气5-1等容放热
压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程 吸、排气线重合、忽略
燃油质量忽略
燃气成分改变忽略
p5 p1
p4 p2
v4 v3
p3 p2
v4 v3
T5
T1
p5 p1
T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
两式相除，考虑到
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
t
1
1
1
1
141
讨论：
t
1
1
1
1
1
a) t b) t c) t
归纳：a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热
第十章 气体的动力循环 -- Gas power cycles
1
§10–1 分析动力循环的一般方法
一.分析动力循环的目的
在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。
二.分析动力循环的一般步骤 抽象、简化
1）实际循环（复杂不可逆）
可逆理论循环
分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径
T
T1
Wc
Wnet
T0
Wnet,act
4
s
i
wnet,act q1
wnet,act wnet wnet q1
wnet,act wnet
wnet wc
wc q1
i
wnet ,act q1
Tt
Toc
c
1
T0 T1
t
wnet q1
o
t c
T
wnet , act wnet
以燃气为高温热源，环境为低温热源时卡诺 循环的热效率。
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
12
利用、、表示t
1
1 2
有T2T1源自v1 v2T1 1
23
有
T3
T2
p3 p2
T1 1
34
有
T4
T3
v4 v3
T1 1
5 1
有
T5
T1
p5 p1
13
求 p5
p1 因 p1v1 p2v2
p5 v5 p4v4
p4 p3 v1 v5 v2 v3
10
§10–3 活塞式内燃机的理想循环
一.混合加热理想循环（dual combustion cycle） 1.p-v图及T-s图 12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数：
压缩比—compression ratio v1
注意： p2
v2
p1
6
活塞式内燃机循环特点： 开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆； 各环节中工质质量、成分稍有变化。
7
二、平均有效压力-mean effective pressure 循环净功与活塞排 量的比值。
定容增压比—pressure ratio
p3
p2
定压预胀比 — cutoff ratio
v4
v3
11
2.循环热效率
t
wnet q1
wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 cp T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
t
1
q2 q1
t
1
1
1
1
1
1 t
1
1
1 1
16
讨论：
a) t wnet
b) t wnet
C) 重负荷（，q1 ）时 内部热效率下降，除
外还有因温度上升而使 ，造成热效率下降。
17
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1
v2
p3
p2
18
v1
v2
p3
p2
q1 cV T3 T2 q2 cV T4 T1
t
1 q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1 t
1
1
1
1
1
1
1
1 19
讨论：a) t
b) ; t不变，但wnet C) 重负荷（q1 ）时内部 热效率下降，因温度上升 使 ，造成热效率下降。
20
已知某柴油机混合加热理想循环p1=0.17 MPa、t1=60℃， 压缩比ε=14.5，气缸中气体最大压力10.3 Mpa，循环加 热量q1=900kJ/kg。设其工质为空气，比热容为定值并取 cp=1004 J/（kg.K），cV=718 J/（kg.K），κ=1.4；环境 温度t0=20℃，压力p0=0.1 Mpa。试分析该循环并求循环 热效率及佣效率。
一.活塞式内燃机(internal combustion engine)简介
分类：
按燃料：煤气机(gas engine)、汽油机(gasoline engine; petrol engine)、柴油机(diesel engine)
按点火方式：点燃式(spark ignition engine)、压燃式 (compression ignition engine)
3
四.空气标准假设(the air-standard hypothesis)
气体动力循环中工作流体
理想气体
空气
定比热
燃烧和排气过程
吸热和放热过程
燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计
五、 内部热效率(internal thermal efficiency )i
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实
际循环的指导。
b.利用T-s图分析循环较方便。
c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m平均。
15
二.定压加热理想循环—Diesel cycle
v1
v2
v3
v2
t
1
q2 q1
q2 cV T4 T1
q1 cp T3 T2
t
1
T4
T3
T1 T2
指导改善
实际循环
2）分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际
损失的部位、大小、原因及改进办法。
2
三.分析动力循环的方法 1）第一定律分析法
以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。
2）第二定律分析法 熵分析法
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。
熵产 作功能力损失
用分析法
用损
用效率
与实际循环相当的内可逆循环的热效率。
相对热效率(relative thermal efficiency)， 反映该内部可逆循环因与高、低温热源 存在温差（外部不可逆）而造成的损失。
相对内部效率(internal engine efficiency)
反映内部摩擦引起的损失。
5
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
MEP Wnet Vh
8
三.活塞式内燃机循环的简化 汽油机
9
柴油机
01 吸气 12 压缩 23 喷油、燃烧 34 燃烧 45 膨胀作功 50 排气
简化：引用空气标准假设
燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热
排气5-1等容放热
压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程 吸、排气线重合、忽略
燃油质量忽略
燃气成分改变忽略
p5 p1
p4 p2
v4 v3
p3 p2
v4 v3
T5
T1
p5 p1
T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
两式相除，考虑到
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
t
1
1
1
1
141
讨论：
t
1
1
1
1
1
a) t b) t c) t
归纳：a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热
第十章 气体的动力循环 -- Gas power cycles
1
§10–1 分析动力循环的一般方法
一.分析动力循环的目的
在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。
二.分析动力循环的一般步骤 抽象、简化
1）实际循环（复杂不可逆）
可逆理论循环
分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径
T
T1
Wc
Wnet
T0
Wnet,act
4
s
i
wnet,act q1
wnet,act wnet wnet q1
wnet,act wnet
wnet wc
wc q1
i
wnet ,act q1
Tt
Toc
c
1
T0 T1
t
wnet q1
o
t c
T
wnet , act wnet
以燃气为高温热源，环境为低温热源时卡诺 循环的热效率。
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
12
利用、、表示t
1
1 2
有T2T1源自v1 v2T1 1
23
有
T3
T2
p3 p2
T1 1
34
有
T4
T3
v4 v3
T1 1
5 1
有
T5
T1
p5 p1
13
求 p5
p1 因 p1v1 p2v2
p5 v5 p4v4
p4 p3 v1 v5 v2 v3
10
§10–3 活塞式内燃机的理想循环
一.混合加热理想循环（dual combustion cycle） 1.p-v图及T-s图 12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数：
压缩比—compression ratio v1
注意： p2
v2
p1