朗肯循环
汽轮机朗肯循环
汽轮机朗肯循环汽轮机朗肯循环，这可是个挺有趣的东西呢。
咱就把它想象成一个超级有秩序的小世界吧。
在这个小世界里，有几个关键的角色。
就好比一场接力赛，水就是那个接力棒。
最开始的时候，水在锅炉里，就像运动员在休息区做准备呢。
锅炉给它加热呀，这时候的水就像是被注入了无限能量，开始变得活跃起来，温度和压力蹭蹭往上涨，就像运动员在起跑线上听到了枪响，一下子就冲出去了的感觉。
这时候的水变成了高温高压的蒸汽，这个蒸汽可不得了，它就像一个充满力量的大力士。
它冲向汽轮机，汽轮机就像是一个巨大的转轮，蒸汽推动着汽轮机的叶片转动，这一转可就转出了大动静。
这就好比大力士在推一个超级大的磨盘，一下一下地，让磨盘开始转动起来。
而且这个转动还不是毫无意义的，它可是带着任务的呢。
在转动的过程中，汽轮机就把蒸汽的能量转化成了机械能，就像磨盘转动把谷物磨成了面粉一样，有了实实在在的成果。
那蒸汽完成了推动汽轮机的任务之后呢？它可不能就这么消失了呀。
它就进入了冷凝器。
冷凝器就像是一个冷静的安抚者，把蒸汽又变回了水。
这就好比一个玩累了的孩子，被妈妈安抚着平静下来。
这个过程中，蒸汽把热量释放出去，温度和压力都降下来了，又变回了最初的水的模样。
然后呢，这个水又被送回锅炉，开始新的一轮循环。
你看，这整个过程是不是很有节奏感，就像一首美妙的曲子，每个部分都按照自己的节奏演奏着。
有人可能会问，这汽轮机朗肯循环有啥用呢？这用处可大了去了。
就拿发电来说吧，咱们每天用的电，很多都是通过这个循环得来的呢。
要是没有这个循环，那咱们的电灯就不亮了，电视也看不了了，冰箱也不能制冷了，那生活可就乱套了呀。
这就好比一个交响乐团少了几个关键的乐器，那演奏出来的曲子肯定就不是那个味儿了。
再说说这个循环里各个部分的关系吧。
锅炉、汽轮机、冷凝器还有把水送回锅炉的泵，它们就像一个团队里的小伙伴，缺了谁都不行。
如果锅炉不给力，没有把水加热成高温高压的蒸汽，那汽轮机就转不起来呀，就像拔河比赛的时候，前面的人不用力，后面的人再怎么使劲也没用。
朗肯循环
朗肯循环 ppt课件
3
2' 热用户
背压式缺点： • 热电互相影响 • 供热参数单一
30
抽汽调节式热电联产(供)循环
过热器
汽轮机 发电机
锅炉 调节阀
冷却水 冷凝器
抽汽式热电联 供循环, 可以自动 调节热、电供应比 例，以满足不同用 户的需要。
水泵 2 加热器 水泵 1
31
α kg
抽汽
6 5
4
3
给水
(1-α )kg
冷凝水
抽汽式回热
混合式回热器
22
蒸汽抽汽回热循环
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
3
2
1 1kg
a2
α kg
6
3
5
4
(1-α )kg
由于T-s图上各点质 量不同，面积不再 直接代表热和功
s 1kg 5
a kg (1- )kg
4
23
抽汽回热循环的抽汽量计算
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
3 给水泵
郎肯循环
8
郎肯循环pv图
3 凝汽器 p 放热
1
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热 2
v
9
郎肯循环Ts和hs图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩
23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
T
h
1
1
4
4
2
3
2
3
s
s
10
郎肯循环功和热的计算
汽轮机作功： ws,12 h1h2
凝汽器中的定压放热量： h q2 h2h3
有机朗肯循环
有机朗肯循环
朗肯循环(Langenchannel)是一种新型的、高效率的有机合成反应器,由德国化学家弗里茨·朗肯于1928年发明并首先用于乙烯的合成,故名为朗肯循环,又称为“苯的碳氢化合物的碳原子转移”或“烯烃的氢甲酰化”。
该方法以其独特的设计和简单的操作条件而著称。
在常温下进行反应,无需加热和搅拌,能耗低,污染少;催化剂活性高,使用寿命长,且不易中毒失活,可重复使用;副产物为水、醇类等低分子化合物,便于后处理。
目前已经广泛地用于各种有机化工产品的生产,例如,聚酯树脂、聚氨酯、醇酸树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、硝基纤维素、醋酸纤维素、橡胶等,甚至还用来制造杀虫剂、塑料、合成纤维等多种精细化工产品。
郎肯循环
11．2 朗肯循环11．2．1 工作过程最简单的水蒸气动力循环装置由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成，如图11-3a 所示。
其工作过程如下：水在锅炉和过热器中吸热，由饱和水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机中膨胀，对外作功；在汽轮机出口，工质为低压湿蒸汽状态（称为乏汽），此乏汽进入冷凝器向冷却水放热，凝结为饱和水（称为凝结水）；水泵消耗外功，将凝结水升压并送回锅炉，完成动力循环。
图11-3b 、c 、d 表示上述理想的简单蒸汽动力循环，称为朗肯循环（Rankine Cycle ）：(b ) (d )图11-3 朗肯循环11．2．2 循环分析汽轮机中的膨胀过程1-2：可逆绝热过程，即定熵过程。
应用开口系能量方程，过程中工质对外作功为；21T h h w -=冷凝器中的放热过程2-3：定压放热过程。
过程中工质放热为；水泵中的压缩过程3-4：定熵过程。
过程中工质接受外功为；锅炉中的吸热过程4-1：定压吸热过程。
过程中工质吸热为 。
朗肯循环的热效率为（11-2）功比是反映动力循环经济性的另一指标，其定义是循环的净输出功量与汽轮机作功量之比值。
朗肯循环的功比为（11-3）由于水的不可压缩性（压缩过程中体积变化很小），故泵功常可按下式近似计算： （11-4）水泵耗功远小于汽轮机作功（在T-s 图和h-s 图上点3和点4几乎重合，图上是夸大了的画法），因此在近似计算中又常可忽略泵功w P 不计，此时循环热效率为（11-5）评价蒸汽动力装置的另一个重要指标是汽耗率，其定义是装置每输出1kW ⋅h （等于3 600 kJ ）功量所耗费的蒸汽量，用d 表示：kg/(kW ⋅h) （11-6）322h h q -=34P h h w -=211h h q -=4134211P T 1)()(h h h h h h q w w q w t ----=-==ηTw wr w =213421T P T T )()(h h h h h h w w w w wr w ----=-==)(343P p p v pv vdp w -=∆≈=⎰4121h h h h t --=ηw d 3600=式中，循环净功量w 的单位是kJ/kg ；汽耗率d 的单位为kg/(kw·h)。
朗肯循环资料
朗肯循环
朗肯循环是热力学中的一个重要概念，它描述了一种理想的热力学循环过程。
朗肯循环是一个理想化模型，用来分析热机的性能。
该循环在理论分析和工程实践中广泛应用，特别是在内燃机和蒸汽机等热机领域。
1. 朗肯循环的基本原理
朗肯循环由四个基本过程组成：等焓膨胀、等熵膨胀、等焓压缩和等熵压缩。
这些过程描述了在热机中工质（气体或蒸汽）的压力、温度和体积随时间的变化。
通过这些过程，热机可以实现能量的转换，从热能转化为机械能。
2. 朗肯循环的特点
朗肯循环具有以下几个特点：
•效率高：朗肯循环在理论上具有较高的热机效率，是一种能够最大限度利用燃料热能的循环。
•简单可控：朗肯循环的过程相对简单，易于控制和优化。
•理想化假设：朗肯循环是基于一系列理想化假设得出的模型，实际工程中可能存在一定的偏差。
3. 应用领域
朗肯循环在内燃机和蒸汽机等热机领域得到广泛应用。
例如，内燃机通过朗肯循环将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，从而驱动车辆或发电机工作。
蒸汽机也是利用朗肯循环原理来实现能量转换的。
4. 总结
朗肯循环作为热力学中重要的概念，为理解和优化热机的性能提供了有力的工具。
虽然朗肯循环是一个理想化模型，在实际应用中可能存在一定的误差，但其简单可控的特点使其在工程实践中仍然具有重要意义。
朗肯循环的研究和应用将继续推动热机技术的发展，促进能源利用效率的提升。
朗肯循环定义
朗肯循环定义定义：朗肯循环(langkincycle)是一个用来解释反应中生成物的反应。
实际上就是指在可逆反应中，当某一物质被氧化时，能够同时生成两种对立的产物，这是因为该反应中的生成物不仅包含物质A，而且还有物质B的缘故。
朗肯循环作为定义方程式的一种，与非定义方程式区别明显，非定义方程式是以整体概念出发，研究方程式中各变量之间的相互关系和转化规律，其求得的是整体最简方程式，而朗肯循环的求得则是反应中各物质之间的比例关系。
在过去的化学教材中，曾对非定义方程式做过一些介绍，但大都只限于定性的介绍，很少做定量的计算。
其原因是化学中有很多重要物质之间的平衡关系和反应规律尚未找到精确的数据，所以这些重要规律也就无法给予定量表示，但随着化学新理论、新技术、新方法的出现和新教材的问世，这些情况已有了很大的改变。
近年来，在非定义方程式中出现了一些反应中物质之间具有非常简单的平衡关系，并且能迅速测定出准确的比值关系。
根据这些关系，我们就能迅速、准确地算出它们的转化率，从而计算出相应的物质的量和相应的平衡常数等重要物质的数据。
这样，非定义方程式中物质的转化率及反应常数等重要数据就可以定量地求得了。
对于复杂的非定义方程式，例如含有几个平衡等温式的平衡等压式或溶液中化学平衡的等压式，经典定义方程式求得的结果常常是偏高或偏低的，而运用非定义方程式却往往能得到正确的结果。
2。
非定义方程式有很强的实用价值，在合成氨、天然气净化、食品工业、化肥工业、农药制造、染料制造、水处理、环境保护等工业部门，广泛采用非定义方程式来解决生产中的具体问题，例如催化裂化、高压聚乙烯、沸石分子筛脱水、重铬酸盐氧化等都用到了非定义方程式。
此外，由于这类方程式便于利用计算机进行辅助设计，在其他很多部门中也得到了应用。
3。
由于它适用范围广，几乎各行各业都在使用，目前我国每年的合成氨工艺设计量约500万吨左右，我国合成氨工艺设计自动化已开始向全面开发的方向发展，现在几乎所有大型化肥厂都开始采用这类方法。
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
工程热力学朗肯循环的概念
工程热力学朗肯循环的概念嘿，朋友！咱今天来聊聊工程热力学里的朗肯循环。
这朗肯循环啊，就像是一个神秘的魔法圈，充满了奇妙的能量转换秘密。
你想想，我们日常生活中，电从哪儿来？热又是怎么变成有用的功的？这朗肯循环就在其中起着关键作用。
朗肯循环，简单来说，就是一种把热能转化为机械能的过程。
就好比你去健身房锻炼，吃进去的食物就是热能，通过你的运动和努力，就转化成了肌肉的力量，这和朗肯循环的原理有点像呢！它主要包括四个步骤：水在锅炉里被加热变成高温高压的蒸汽，这就像给运动员打了一针兴奋剂，让它充满能量。
然后这股强大的蒸汽进入汽轮机膨胀做功，就像运动员在赛场上全力冲刺，发挥出自己的力量。
接着蒸汽在冷凝器中冷却凝结成水，这好比运动员冲过终点后需要休息调整。
最后，凝结水再通过水泵加压送回锅炉，重新开始新一轮的循环，就像运动员养精蓄锐准备下一场比赛。
你说这神奇不神奇？如果没有朗肯循环，我们的发电厂可就没法稳定地给我们送电，工厂里的机器也没法轰隆隆地运转啦。
这朗肯循环的效率可是个关键指标。
就跟你考试成绩一样，分数越高说明你学得越好。
朗肯循环的效率越高，就意味着能从相同的热能中获得更多有用的功。
影响朗肯循环效率的因素也不少呢。
比如蒸汽的初参数，也就是一开始蒸汽的温度和压力，这就像运动员的初始状态，状态越好，发挥的潜力越大。
还有凝汽器的压力，要是压力太高，就像运动员背着个大包袱跑步，肯定跑不快呀。
再想想，要是能提高朗肯循环的效率，那得节省多少能源，减少多少污染啊！这不就像是给地球做了一次超级大保健，让它能更健康、更长久地陪伴我们嘛。
所以说，朗肯循环可不是什么枯燥的理论，它实实在在地影响着我们的生活，是现代工业的重要基石之一。
咱可得好好研究它，让它为我们创造更多的价值，你说是不是？。
郎肯循环
一、朗肯循环1．水蒸气的卡诺循环根据热力学第二定律，再一定的温度范围内，以卡诺循环的热效率为最高，而且热效率的大小与工质的性质无关，只取决于热源和冷源的温度，即H L t T T -=1η。
卡诺循环由两个定温过程和两个绝热过程所组成。
从理论上说，以水蒸气做工质的卡诺循环是可能实现的。
因为在饱和水的定压汽化和饱和蒸汽的定压凝结过程中，水蒸气的温度都保持不变，因此水蒸气的定温加热和定温冷却过程可以在湿蒸汽区域进行，可以画图表示如右。
从组成循环的四个过程来看，与理想的卡诺循环完全一致，但是实际上，由于下述原因，卡诺循环在蒸汽动力装置中并不被应用。
卡诺循环只可以应用于饱和蒸汽区，这使得可利用的温差不大，导致循环热效率不高。
因饱和蒸汽的最高温度为临界温度，使得卡诺循环的上限温度T H 受水蒸气临界温度的限制，最高不能超过374℃，否则就不能实现定温吸热过程。
所以，虽然锅炉的炉膛温度可达到1500℃，金属材料的耐热温度也在600℃以上，但水蒸气按卡诺循环运行时，这些温差极限都不能被利用。
同时，因放热温度的下限为大气温度，这使得卡诺循环可利用的温差不大，循环的热效率受到限制。
水蒸气按卡诺循环工作时，在2－3定温放热过程中，蒸汽只部分凝结，图中的3点处于湿蒸汽区，而湿蒸汽的比体积很大，对其进行绝热压缩一方面需要尺寸庞大的压缩机，另一方面耗功也很大。
水蒸气按卡诺循环时，1－2绝热膨胀过程的终态蒸汽湿度很大，对气轮机末几级的叶片侵蚀严重，危及气轮机的安全运行。
气轮机一般要求做工后的乏汽不小于0.85～0.88。
由于以上原因，虽然以水蒸气作为工质可以构成卡诺循环，但在实际上它并不被采用。
不过，研究水蒸气作为工质的卡诺循环有助于更好的了解实际装置所采用的基本循环的作用、原理及其存在的问题，同时也有助于对基本循环提出各种改进的方向和办法。
2．朗肯循环针对上述卡诺循环中压缩湿蒸汽时压缩机存在的困难和缺点，将上图中2－3过程的终点继续进行到饱和水线上，将作完功的乏汽全部凝结为饱和水，这是压缩的对象是液相的水，体积小、压缩性小，只需采用结构较小的水泵对水进行绝热压缩即可，耗功也可大大减小。
朗肯循环
3
s
郎肯循环功和热的计算
汽轮机作功：
ws ,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量： h
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
1
ws ,34 h4 h3
锅炉中的定压吸热量：
4
2
3
s
q1 h1 h4
郎肯循环热效率的计算
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
优点：
•
•
T1 v2'
t
，汽轮机出口
3
2' 2
s
尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽 轮机安全。一般 要求出口干度大 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5
优点：
•
1' 1
6
•
T1 x2'
t
，有利于汽机
4
3
2 2'
s
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
第十章 动 力 循 环
本章基本要求
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。
本章重点
1、熟悉朗肯循环图示与计算
2、朗肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理及计算
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 气体动力循环：内燃机 空气为主的燃气 按理想气体处理 蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 实际气体
有机朗肯循环效率低的原因
有机朗肯循环效率低的原因一、热效率本身就低大家都知道，热效率和循环系统的设计息息相关。
对于有机朗肯循环（ORC）来说，它的热效率本来就比传统的蒸汽轮机低一些。
朗肯循环的原理其实就跟我们小时候玩的“蒸汽小车”差不多，蒸汽产生动力，推动机械运转。
可问题来了，蒸汽机对高温高压要求比较高，效率也因此可以拉得比较高。
但有机朗肯循环呢，它是用有机工质代替水蒸气，通常选择一些沸点比较低的液体，比如四氟化碳、丁烷这种东西。
虽说这些有机溶液在低温下也能产生蒸汽，推动发电机运转，但它们的热效率就不如蒸汽那样高效。
毕竟“量变引起质变”的事儿，虽然气温不高，热量也能转化，但效率还是大打折扣。
简单来说，就是因为其工作温度比较低，整体热效率上不去。
二、热源的温差不够别急，咱们往下看。
咱说到热源的温差，大家可能觉得这是一个天马行空的高大上词汇，其实呢，简单说就是热源和冷源之间的温差得足够大，才能让热量充分转化成动力。
如果热源和冷源的温差太小，热量就不容易被有效地“搬走”，转化成有用的机械能。
举个例子：你家里的空调如果外面温度和空调内部温差不够大，制冷效果是不是就差了点？有机朗肯循环也是这个道理。
它需要一个高温热源和一个低温冷源。
如果这两个源的温差很小，那就像是油火烤蚂蚁，根本烧不热，啥都做不了。
所以嘛，有机朗肯循环的效率低，和热源的温差不够有很大关系。
你总不能期待一块冰块就能让锅里翻腾的水滚沸吧。
三、工质特性限制再说到工质的选择问题。
相信大家都有过这样的经验，挑选衣服得根据天气来选择，夏天你肯定穿得清凉些，冬天就要多加几层对吧？同理，有机朗肯循环的“工质”也得根据环境温度来选。
可问题是，这些有机工质的性能并不是一直都那么完美。
它们虽然可以在低温环境下顺利蒸发，但要是遇到高温，反而容易分解或者变质，甚至有些工质会因为高温作用导致化学反应变化，影响整个系统的稳定性。
而且这些工质的比热容、蒸发热等性能指标本身就没有蒸汽那么好。
所以，咱们说到有机朗肯循环的效率低，跟这些工质的特性也是脱不开干系的。
朗肯循环
朗肯循环简单蒸汽动力装置主要设备有蒸汽锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器等。
水首先在锅炉中吸收热量汽化和过热，形成高温、高压的过热蒸汽。
过热蒸汽被送至汽轮机，在其中绝热膨胀作功。
在汽轮机出口，工质达到低压湿蒸汽状态，称为乏汽。
乏汽被送至冷凝器内定压冷却，重新凝结成水。
最后，由给水泵加压后送回锅炉加热而完成一个循环。
朗肯循环：蒸汽动力装置的实际工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环，即朗肯循环，也称为简单蒸汽动力装置循环。
如图所示：如左图所示，0-1为工质在锅炉内定压吸热过程，过程中工质吸热q1=h1-h，可用h-s图上的线段长度a来表示；1-2为汽轮机内绝热膨胀过程，过程中汽轮机中作出轴功 (Ws,T )1-2=h1-h2，可用h-s图上的线段长度b来表示；2-3为定压放热过程，工质放热 |q2|=h2-h1，可用h-s图上的线段c来表示；3-4为工质在水泵内的绝热加压过程，过程中给水泵消耗轴功 (Ws,p )3-1=h-h3，可用h-s图上的线段长度d来表示。
过程的循环净功为：朗肯循环的热效率可表示为：若忽略给水泵消耗的轴功，则朗肯循环的热效率公式可近似地表示为：朗肯循环热效率的分析：提高循环的平均加热温度及降低循环的平均放热温度，均可提高朗肯循环的热效率。
具体措施是提高蒸汽的初温t1、初压p1，降低乏汽的压力p2。
①提高蒸汽初温对热效率的影响：当蒸汽的初压p1及乏汽的压力p2不变时，而蒸汽的初温由t1提高到，则如右图所示，平均加热温度要升高，即 T'm1>Tm1，而放热温度T2不变，则朗肯循环的热效率得到提高。
此外，蒸汽的初压不变而蒸汽的初温提高时，如右图所示，则绝热膨胀终了状态2'比原状态2有较大的干度。
这有利于减少汽轮机内部的功耗散，也有利于改善汽轮机叶片的工作条件。
但另一方面，为提高蒸汽的初温，则要求锅炉过热器所用材料具有较好的耐热性。
②提高蒸汽初压对热效率的影响：当蒸汽的初温T1及乏汽的压力p2不变时，而蒸汽的初压由p1提高到，则如左图所示，平均加热温度要升高，即T'm1>Tm1，而放热温度T2不变，则朗肯循环的热效率得到提高。
朗肯循环计算公式
朗肯循环计算公式朗肯循环是热力学中一个非常重要的概念，它在能源领域，特别是热机的研究和设计中起着关键作用。
要理解朗肯循环，就得先搞清楚与之相关的计算公式。
咱先来说说朗肯循环的基本组成部分，这就好比搭积木，得先知道有哪些小块儿。
它包括水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器。
这几个部分就像接力赛的队员，一个接一个地完成各自的任务。
水泵这一环节，它所做的功可以用公式 W_p = v(P_2 - P_1) 来计算。
这里的 v 是工质的比容，P_2 和 P_1 分别是出口和入口的压力。
想象一下，水泵就像一个大力士，拼命地把水往高处推，而这个公式就是在计算它费了多大的劲儿。
接下来是锅炉，在锅炉里，工质吸收热量，这部分热量可以用 Q_1 = h_2 - h_1 来计算。
h_2 和 h_1 分别是出口和入口的焓值。
就好比在锅里煮东西，火越大，煮的时间越长，吸收的热量就越多。
然后是汽轮机，它对外做功，这个功可以用 W_t = h_3 - h_4 来计算。
汽轮机就像是一个飞速旋转的轮子，把能量转化为动力。
最后是冷凝器，工质在冷凝器中放出热量，用 Q_2 = h_4 - h_1 来算。
冷凝器就像一个大冰箱，把热气给变凉了。
整个朗肯循环的热效率可以用公式η = (W_t - W_p) / Q_1 来表示。
这就像是在算一笔账，看看整个过程中能量的利用效率到底有多高。
记得有一次，我在给学生们讲解朗肯循环计算公式的时候，有个学生一脸困惑地问我：“老师，这些公式到底有啥用啊？”我笑着对他说：“你想想咱们家里用的电，发电厂里的那些大家伙就是靠这样的原理工作，才给咱们送来光明和温暖的。
这些公式就是让那些大家伙能更高效工作的秘诀。
”学生若有所思地点点头。
在实际应用中，朗肯循环的计算公式可不是光摆在那里好看的。
比如说，工程师们在设计发电厂的机组时，就得根据这些公式来计算各个参数，以确保机组能够高效、稳定地运行。
要是算错了一点点，那可能就会造成很大的浪费或者故障。
朗肯循环
朗肯循环是指以水蒸气作为制冷剂的一种实际的循环过程，主要包括等熵压缩、等压冷凝、等熵膨胀、以及一个等压吸热过程。
可以用来制热，也可以用来制冷。
右图是最简单的蒸汽动力循环由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器四个主要装置组成。
图为该装置示意图。
水在水泵中被压缩升压；然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后
的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成水。
再回到水泵中，完成一个循环。
具体过程
3-4过程：在水泵中水被压缩升压，过程中流经水泵的流量较大，水泵向周围的散热量折合到单位质量工质，可以忽略，因而3一4过程简化为可逆绝热压缩过程，即等熵压缩过程。
4-1过程：水在锅炉中被加热的过程本来是在外部火焰与工质之间有较大温差的条件下进行的，而且不可避免地工质会有压力损失，是一个不可逆加热过程。
我们把它理想化为不计工质压力变化，并将过程想象为无数个与工质温度相同的热源与工质可逆传热，也就是把传热不可逆因素放在系统之外，只着眼于工质一侧。
这样，将加热过程理想化为定压可逆吸热过程。
1-2过程：蒸汽在汽轮机中膨胀过程也因其流量大、散热量相对较小，当不考虑摩擦等不可逆因素时，简化为可逆绝热膨胀过程，即等熵膨胀过程。
2-3过程：蒸汽在冷凝器中被冷却成饱和水，同样将不可逆温差传热因素放于系统之外来考虑，简化为可逆定压冷却过程。
因过程在饱和区内进行，此过程也是定温过程。
提高效率措施
1）提高过热器出口蒸汽压力与温度。
2）降低排汽压力。
3）改进热力循环方式，如采用中间再热循环，给水回热循环和供热循环等。
朗肯循环实验报告
一、实验目的1. 理解朗肯循环的基本原理和过程。
2. 掌握朗肯循环在不同压力和温度下的变化规律。
3. 学习使用实验设备进行朗肯循环实验，并分析实验数据。
4. 提高对热力学和流体力学知识的运用能力。
二、实验原理朗肯循环是蒸汽动力装置中常用的一种循环方式，包括四个基本过程：锅炉内的水被加热成蒸汽，过热器内的蒸汽被进一步加热，涡轮机内的蒸汽膨胀做功，冷凝器内的蒸汽被冷凝成水。
朗肯循环的效率与蒸汽的初压、终压、温度和熵等因素有关。
三、实验设备1. 朗肯循环实验装置：包括锅炉、过热器、涡轮机、冷凝器、温度计、压力计等。
2. 计算机及数据采集系统：用于记录实验数据。
四、实验步骤1. 连接实验装置，检查各连接处是否牢固，确保实验过程中安全。
2. 调节锅炉内的水压和温度，使水沸腾产生蒸汽。
3. 记录锅炉出口处的压力、温度和流量等参数。
4. 将蒸汽引入过热器，调节过热器内的温度，使蒸汽过热。
5. 记录过热器出口处的压力、温度和流量等参数。
6. 将过热蒸汽引入涡轮机，调节涡轮机的转速，使蒸汽膨胀做功。
7. 记录涡轮机出口处的压力、温度和流量等参数。
8. 将涡轮机排出的蒸汽引入冷凝器，调节冷凝器内的温度，使蒸汽冷凝成水。
9. 记录冷凝器出口处的压力、温度和流量等参数。
10. 重复上述步骤，改变实验条件，进行多次实验。
五、实验数据及处理1. 记录实验数据，包括锅炉出口、过热器出口、涡轮机出口和冷凝器出口的压力、温度和流量等参数。
2. 根据实验数据，计算朗肯循环的各个过程的热力参数，如焓、熵、比容等。
3. 使用计算机软件对实验数据进行处理和分析，绘制朗肯循环的热力过程图。
六、实验结果与分析1. 通过实验，可以观察到朗肯循环在不同压力和温度下的变化规律，验证了朗肯循环的基本原理。
2. 分析实验数据，可以发现朗肯循环的效率与蒸汽的初压、终压、温度和熵等因素有关。
3. 通过实验结果，可以了解到朗肯循环在实际应用中的优缺点，为后续的研究和改进提供参考。
朗肯循环定义
朗肯循环定义“朗肯”（即langken循环）是物理学上的一个名词。
原来是指电灯泡在通电之后会发光，但因为每秒钟都会亮灭两次，所以称作“朗肯循环”。
在生活中也经常听到这个名词，比如说人们洗澡，但其实是指水循环。
当人们用水洗澡时，水中的一部分（比如说水蒸气、水等等）遇到了冷水就凝结成水滴或冰晶，同时放出热量，从而产生了水蒸气，形成了水循环。
当人们看见水不停地从花洒里流出来，便觉得很神奇，其实这就是水在循环。
从热力学第一定律，能量守恒定律，熵增原理，质量守恒定律，一直可以推导出：当一个系统处于无序状态时，它会将它的熵值逐渐加大，从而使系统总是处于一种不平衡的混乱状态，熵越大，表明该系统无序程度越高，这种无序的状态必然对系统稳定造成威胁。
所以，就有了我们现在最为熟悉的“熵增原理”，熵的增加速率等于该系统中的熵值增加速率与外界输入的熵值增加速率之和。
4。
什么是熵减原理？这是自然界最普遍、最重要的规律之一，它描述了体系内的有序结构趋向混乱无序的相互转化关系。
在化学变化过程中，能量总是按照一定的方式由低级形态向高级形态转化，其途径是通过反应热的形式散失到周围环境中去。
因此，任何反应的反应热，必须大于系统的熵值才能使系统达到平衡状态。
只有当外界有足够的能量进入，且反应热的形式能补偿外界能量消耗时，系统才能达到新的动态平衡，并保持稳定的状态。
我们首先要知道，热力学中能量的概念是从物质的微观结构出发，从宏观角度来描述微观粒子的能量。
例如水分子，它的电子结构就决定了它的势能的主要部分就是它的动能，故其体积越大，分子间距离越小，则其势能就越大，动能就越大。
然后，再从热力学的第二定律，熵增原理，或者说，从系统的微观结构出发，从系统的宏观角度来描述热力学能与熵之间的关系：如果我们把一个孤立系统，一个分子或者一个孤立的原子，置于孤立系统的平衡状态中，那么其热力学能就等于其中各孤立分子的熵之和。
但是，如果我们将一个系统放在一个温度梯度之上，我们会发现其熵值将随着其温度升高而增大，其热力学能将随着温度升高而减少。
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1 再 热 b a 2
5
4
6
b
3
2
4
3
s
蒸汽再热循环的热效率
T 1 a
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 s 2％～3.5％。
5
4
6
b
3
2
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1
3
s
郎肯循环功和热的计算
汽轮机作功：
ws ,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量： h
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
1
ws ,34 h4 h3
锅炉中的定压吸热量：
4
2
3
s
q1 h1 h4
郎肯循环热效率的计算
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
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 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 1 a
q1 h1 h4 ha hb
放热量：
5
4
6
b
q2 h2 h3
2
3
热效率： t,RH
净功（忽略泵功）：
wnet h1 hb ha h2
s wnet (h1 hb ) (ha h2 ) q1 (h1 h4 ) (ha hb )
蒸汽再热循环实体照片
§10-3 蒸汽回热循环(regenerative)
抽汽
1 1kg
冷凝水
a αkg 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
抽汽式回热
蒸汽抽汽回热循环
T
1kg 6 kg 5 (1- )kg 4
1
a
1 1kg
a αkg 62 3 (1-α)kg32 s5
4
由于 T-s 图上各点质 量不同，面积不再 直接代表热和功
•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
提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 再热循环 回热循环
改变循环参数 改变循环形式 改变循环形式
热电联产 燃气-蒸汽联合循环 IGCC 新型动力循环 PFBC-CC
…...
§10-4 热电联产(供)循环
第十章 动 力 循 环
本章基本要求
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。
本章重点
1、熟悉朗肯循环图示与计算
2、朗肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理及计算
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 气体动力循环：内燃机 空气为主的燃气 按理想气体处理 蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 实际气体
2' 热用户 3
背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
抽汽调节式热电联产(供)循环
抽汽式热电联 供循环, 可以自动 调节热、电供应比 例，以满足不同用 户的需要。
过热器
汽轮机
发电机
锅炉
调节阀 冷却水 冷凝器
水泵 2 加热器 水泵 1
热电联产(供)循环的经济性评价
wnet 只采用热效率 t 显然不够全面 q1 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同
按工质
§10-1 朗肯循环
水蒸气动力循环系统
汽轮机 锅 炉 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
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 锅 炉 4 2 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
23 凝汽器 p 放热
发电机 34 给水泵 s 压缩 41 锅炉 凝汽器 3 p 吸热
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
推导得出
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 ' h h s 1 2
h 一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
1
h1 h2 t h1 h3
4
2
3
s
如何提高朗肯循环的热效率
h1 h2 t h1 h3
T 5
1
6
影响热效率 的参数？
4
3
p1, t1, p2
2
s
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 5 4' 4 5' 1' 1 6' 6
郎肯循环
给水泵
郎肯循环pv图
p 4 1
12 汽轮机 s 膨胀
23 凝汽器 p 放热
34 给水泵 s 压缩 41 锅炉 p 吸热 2 v
3
郎肯循环Ts和hs图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩 T 1 4 3 2 s 23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
h
1
4
2
背压式机组(背压>0.1MPa)
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
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(产)供。 热用户为什么要 用换热器而不直 接用热力循环的 水？
背压式热电联产(供)循环
清华北门外2台 背压式， 5000kW电负荷
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
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
' a
' 2 ' 2
抽汽回热循环热效率的计算
T
1kg 6 kg 5 (1- )kg 4
1
a
吸热量： ' q1,RG h1 h5 h1 ha 放热量：
' q2,RG 1 h2 h2
3
热效率：
2 s
净功： wRG h1 ha
t,RG
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
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
T 5
优点：
•
T2
t
1
6 2 2' s
4
4' 3 3'
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
§10-2 蒸汽再热循环(reheat)
优点：
•
•
T1 v2'
t
，汽轮机出口
3
2' 2
s
尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽 轮机安全。一般 要求出口干度大 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5
优点：
•
1' 1
6
•
T1 x2'
t
，有利于汽机
4
3
2 2'
s
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
1kg
5
a kg (1- )kg 4
抽汽回热循环的抽汽量计算
T
1kg 6 kg 5 (1- )kg 4
1
a
以混合式回热器为例 热一律
ha 1 h4 1 h5
h5 h4 ha h4
s 忽略泵功
3
2 a kg (1- )kg 4
1kg
5
h h ha h