热力循环比较.doc

斯特林循环Stirling cycle

所热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19 世纪苏格兰人

提出，因而得名。图[斯特林循环的-

R.斯特林

和-

图 ]- 和 - 图" class=image> 为斯

特林循环在压 -容( - ) 图和温 -熵 (T-S)图上的表示。它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。热机在定温 (T1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温 (T2)压缩过程中向低温热源放热。斯特林循环的热效率为

[0727-01] 式中W 为输出的净功； Q 1 为输入的热量。根据这个公式，只取决于 T1 和 T2，T1 越高、 T 2 越低时，则越

高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。

卡诺热机循环的效率

让我们分析以理想气体为工作物质的卡诺热机循环并求其效率。以v 表示理想气体的摩尔数，以 T1和2分别表示高温和低温热库的温度。气体的循环过

T

程如图 10.12 所示。它分为以下几个阶段，两个定温和两个绝热过程。

1→2：使温度为 T1的高温热库和气缸接触，气缸内的气体吸热作等温膨胀。

体积由 V1增大到2。由于气体内能不变，它吸收的热量就等于它对外界做的功。

利用公式 (10.3)

V 可得

2→3：将高温热库移开，气缸内的气体作绝热膨胀，体积变为V3，温度降到T2。

3→4：使温度为 T2的低温热库和气缸接触，缸内的气体等温地被压缩到体积

V4，使状态4和状态1位于同一条绝热线上，在这一过程中，气体向低温热库放

出的热量为

4→1：将低温热库移开，缸内的气体绝热地被压缩到起始状态 1，完成一次循环。

在一次循环中，气体对外做的净功为

W=Q1-Q2

卡诺循环中的能量交换与转化关系可用图10.13 那样的能流图表示。

根据热机效率的定义公式(10.23) ，可得理想气体卡诺热机循环的效率为

根据理想气体的绝热过程方程，对两条绝热线应分别有

两式相比，可得

从而有

(10.25)

这就是说，以理想气体为工作物质的卡诺循环的效率只由两热库的温度决

定。

这里，我们再指出一点，卡诺循环被设想为是理想气体的准静态过程，此外

还假设在循环过程中气缸和活塞以及热机各部件之间无摩擦。这样工质推动活塞所做的功将全部向热机之外输出。所以卡诺循环是无摩擦的准静态的理想循环。

卡诺热机是理想热机，是对实际热机抽象的结果。卡诺采用科学抽象的方

法，从复杂的热机中抽出一般的、本质的、普遍的属性进行研究，以便简化条件，

突出它的主要矛盾。恩格斯对卡诺的研究方法给予了很高的评价。他写道：“萨迪·卡诺是第一个认真研究这个问题的人。”“他研究了蒸汽机，分析了它，发现蒸汽机中的基本过程并不是以纯粹的形式出现，而是被各种各样的次要过程掩盖了；于是他撇开了这些对主要过程无关重要的次要情况而设计了一部理想的蒸汽机( 或煤油机 ) 。的确，这样一部机器就像几何学上的线或面一样是决不可能制

造出来的，但是它按照自己的方式起了像这些数学抽象所起的同样的作用，它表现为纯粹的、独立的、真正的过程。”

现代热电厂的汽轮机利用的水蒸汽温度可达 580℃，冷凝水的温度为 30℃，若

按卡诺循环计算，其效率为

实际汽轮机的效率比这低得多，最高只到 36％左右，这是因为实际的循环和卡

诺循环差很多。例如热库并不是恒温的，因而工质可以随处和外界交换热量，而且

它进行的过程也不是准静态的。尽管如此， (10.25) 式还是有一定的实际意义。由

于低温热库的温度受到大气温度的限制，所以由 (10.25) 式可知提高高温热库的温

度是提高效率的途径之一。

狄塞尔循环：

柴油机的一种理想的热力循环。狄塞尔循环是19世纪德国工程师狄塞尔﹐R.提出的﹐因而得

名。图 1 狄塞尔循环为狄塞尔循环在压 -容 (-V ) 图和温 -熵(T -S ) 图上的表示。它是由绝热压缩过程1-2﹑定压加热过程2-3 ﹑绝热膨胀过程3-4和定容放热过程4-1所组成的可逆循环。狄塞尔循环的热效率为

式中 W 为输出的净功﹔Q 1 为输入的热量﹔为比热容比。这个公式说明﹕随压缩比的增大而提高﹔随预胀比的增大而降低。图 2 与﹑的关系表示出＝ 1.35时与

和的关係。实际上这一类柴油机的压缩比是有限制的。的下限值应保证燃料的可靠自燃﹐因

而取决於燃料的自燃特性。虽然增大可提高﹐但将使机械效率降低﹐因而值并非越大越好﹐

而要选择适当﹐使实际效率最高。

蒸汽动力基本循环一朗肯循环

朗肯循环是最简单的蒸汽动力理想循环，热力发电厂的各种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯

循环的基础上予以改进而得到的

一、装置与流程

蒸汽动力装置：锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等四部分主要设备。

工作原理： p-v 、 T-s 和 h-s。

朗肯循环可理想化为：两个定压过程和两个定熵过程。

3’-4-5-1 水在蒸汽锅炉中定压加热变为过热水蒸气，

1-2过热水蒸气在汽轮机内定煽膨胀，

2-3湿蒸气在凝汽器内定压(也定温 )冷却凝结放热，

3-3’凝结水在水泵中的定情压缩。

二、朗肯循环的能量分析及热效率

取汽轮机为控制体，建立能量方程:

三、提高朗肯循环热效率的基本途径依据：卡诺循环热效率

提高平均吸热温度

直接方法式提高蒸汽压力和温度。

降低排气温度

..

例 1：某朗肯循环的蒸汽参数取为 =550 ， =30bar，耗的功量，2) 汽轮机作功量 , 3) 汽轮机出口蒸汽干度 , 4)

=0.05bar。试计算 1) 水泵所消循环净功， 5) 循环热效率。

解：根据蒸汽表或图查得1、 2、3、 4各状态点的焓、熵值：=3568.6KJ/kg =7.3752kJ/kgK

=2236kJ/kg=7.3752kJ/kgK

=137.8kJ /kg=0.4762kJ/kgK

=140.9kJ/kg

则 1) 水泵所消耗的功量为

=140.9-137.78=3.1kJ/kg

2)汽轮机作功量

=3568.6-2236=1332.6kJ/kg

3)汽轮机出口蒸汽干度