蒸汽动力循环与制冷循环ppt课件
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第七讲 蒸汽动力循环跟制冷循环
（H 3 H 4） （WS WP） （H 1 H 2） H1 H 4 Q1 WS H1 H 2 WP 0 Q1 H1 H 4
2018/10/2
§7.1 蒸汽动力循环
稳定流动体系的热力学第一定理：
2 流体通过压缩机、膨胀机 ∵ u2≈0，g Z≈0，若绝热过程Q=0 Ws= H= H2-H1
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。 （流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的 能量，称为轴功Ws。）
H gZ u
闭 系U Q W
W Q
过 热 器 锅炉
1 净功WN WS WP Q1 Q2 面积12341 Q可 逆 TdS
透 平 机
WS 膨胀功
1
Q1
2
冷 凝 器
T
Q2
4 3
WN Q2
Q1 2
4
水泵 WP压缩功
3
a
S
b
2018/10/2
理想Rankine循环
净功WN WS WP Q1 Q2
结论:卡诺循环不 适合变热为功!
4
T
冷凝器 3
S
郎肯循环与卡诺循环的区别
（1）工质进汽轮机状态不同 （2）膨胀过程不同
卡诺循环：湿蒸汽
郎肯循环：干蒸汽
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
郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
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。
第七章 蒸汽动力循环 和制冷循环
2018/10/2
第七章内容
2018/10/2
§7.1 蒸汽动力循环
稳定流动体系的热力学第一定理：
2 流体通过压缩机、膨胀机 ∵ u2≈0，g Z≈0，若绝热过程Q=0 Ws= H= H2-H1
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。 （流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的 能量，称为轴功Ws。）
H gZ u
闭 系U Q W
W Q
过 热 器 锅炉
1 净功WN WS WP Q1 Q2 面积12341 Q可 逆 TdS
透 平 机
WS 膨胀功
1
Q1
2
冷 凝 器
T
Q2
4 3
WN Q2
Q1 2
4
水泵 WP压缩功
3
a
S
b
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理想Rankine循环
净功WN WS WP Q1 Q2
结论:卡诺循环不 适合变热为功!
4
T
冷凝器 3
S
郎肯循环与卡诺循环的区别
（1）工质进汽轮机状态不同 （2）膨胀过程不同
卡诺循环：湿蒸汽
郎肯循环：干蒸汽
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
郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
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。
第七章 蒸汽动力循环 和制冷循环
2018/10/2
第七章内容
9.第七章 蒸汽动力循环和制冷循环
水 泵
冷 凝 器
3
朗肯（Rankine）被后人誉为那个时代 的天才，他的初等教育基本是在父亲及 家庭教师的指导下完成的。进入爱丁堡 大学学习2 年后，他离校去做一名土木 工程师。1840 年后，他转而研究数学 物理，1848 ～1855 年间，他用大量精 力研究理论物理、热力学和应用力学。 1855 年后，Rankine 在格拉斯哥大学 担任土木工程和力学系主任。1853 年 当选为英国皇家学会会员。他一生论著 颇丰，共发表学术论文154 篇，并编写 了大量的教科书及手册，其中一些直到 现今还在作为标准教科书使用。 朗肯在热力学、流体力学 及土力学等 领域均有杰出的贡献。他建立的土压力 理论，至今仍在广泛应用。朗肯计算出 一个热力学循环(后称为朗肯循环)的热 效率，被作为是蒸汽动力发电厂性能的 对比标准。
锅炉
Condensor 冷凝器 2 – 3 表示乏汽在冷凝 器中的等温等压冷凝 过程，放出的热量。
水泵
汽轮机
冷凝器
Q2 H H 3 H 2 kJ / kg
能量分析
Pump 水泵
H Q Ws
锅炉
3 – 4 表示冷凝水通过 水泵由P3升压至P4的可逆 绝热压缩过程，需要消耗 的轴功
1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
实际Rankine循环
实际上，工质在汽轮机和水泵 中不可能是完全可逆的，即不 可能作等熵膨胀或等熵压缩。 T 2 2’ 4 4’ 这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
4’
1 4
3
S
2 2’
等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比。
蒸汽动力循环与制冷循环
NP
mWP
mH 4
H3
60 103 3600
125 .5 121 .5
67kW
热效率
3600
PT
Q1
NP
3600 20452 67
190 .9106
0.3844
•
例5-2 在某核动力循环装置，锅炉温度为 320
℃的核反应堆吸入热量Q1，产生压力为7MPa、温度为 360 ℃的过热蒸汽 (点1) ，过热蒸汽经汽轮机膨胀作
s
Ws不 Ws可
H1 H2 H1 H2
• 实际 Rankine 循环的热效率
H1 H2 H3 H4 H1 H2
H1 H4
H1 H4
例5-1 某一理想的Rankine循外，锅炉的压力为4MPa， 产生440℃过热蒸汽,汽轮机出口压力为0.004MPa,蒸汽流量 60t/h,求
平均吸热温度
T 10 5
Tm
1
6 9
T
1' 1
c
4'
5'
p1
4
p1
5
4
3
2
x2
8
7S
图 8-3 图 图 图 图 图 图
等效Carnot循环的平均吸热温度 Tm
3
p2
2' 2
x2 x2
S 图 8-4 图 图 图 图 图 T-S 图
1与1'点的压力高低 ？
• 2. 提高蒸汽的压力
当蒸汽压力提高时，热效率提高、而汽 耗率下降。但是随着压力的提高，乏汽的干度 下降，即湿含量增加，因而会引起透乎机相对 内部效率的降低．还会使透平中最后几级的叶 片受到磨蚀，缩短寿命。乏汽的干度一般不应 低于0.88。另外，蒸汽压力的提高，不能超过 水的临界压力，而且设备制造费用也会大幅上 升。
第六章 蒸汽动力循环和制冷循环2解读
净功WN= IQ1（面积1ba41）-Q2（面积2ba32）I =面积12341
1
T
WN
4 3
2
Ql越大， Q2越小，做的净功 WN就越大。 Ql受锅炉中金属材料的极限的 限制，约550~600oC。 Q2受为环境温度的限制。
2019/3/12
a
S
b
用T-S图表示热和功
T-S图 ：温-熵图 T-S图的用处： (1)体系可逆地从状态A到状 态B,在T-S图上曲线AB下的 面积就等于体系在该过程中 的热效应，一目了然。
§6.3 制冷循环
§6.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §6.3.2 吸收制冷循环
2019/3/12
前言
循环：
体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重 新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。
蒸汽动力循环：
是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程， 其主要设备是各种热机。 产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂
第六章 蒸汽动力循环 和制冷循环
2019/3/12
第六章内容
工作原理 循环中工质状态变化 §6.1.1 Rankine(朗肯)循环 能量转换计算 §6.1.2 Rankine循环的改进 循环过程热力学分析 §6.2 气体绝热膨胀制冷原理
§6.1 蒸汽动力循环
§6.2.1 节流膨胀 §6.2.2 对外作功的绝热膨胀
蒸 汽 作 功
理想Rankine循环
1
T
等 S4 压 缩 可逆吸热 等 S 膨 胀
2
冷 凝 水压缩 器 水泵
4
3
蒸 汽 冷 凝 成 水
3
相变
2
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S
1
T
WN
4 3
2
Ql越大， Q2越小，做的净功 WN就越大。 Ql受锅炉中金属材料的极限的 限制，约550~600oC。 Q2受为环境温度的限制。
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a
S
b
用T-S图表示热和功
T-S图 ：温-熵图 T-S图的用处： (1)体系可逆地从状态A到状 态B,在T-S图上曲线AB下的 面积就等于体系在该过程中 的热效应，一目了然。
§6.3 制冷循环
§6.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §6.3.2 吸收制冷循环
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前言
循环：
体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重 新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。
蒸汽动力循环：
是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程， 其主要设备是各种热机。 产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂
第六章 蒸汽动力循环 和制冷循环
2019/3/12
第六章内容
工作原理 循环中工质状态变化 §6.1.1 Rankine(朗肯)循环 能量转换计算 §6.1.2 Rankine循环的改进 循环过程热力学分析 §6.2 气体绝热膨胀制冷原理
§6.1 蒸汽动力循环
§6.2.1 节流膨胀 §6.2.2 对外作功的绝热膨胀
蒸 汽 作 功
理想Rankine循环
1
T
等 S4 压 缩 可逆吸热 等 S 膨 胀
2
冷 凝 水压缩 器 水泵
4
3
蒸 汽 冷 凝 成 水
3
相变
2
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S
化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环
31
(2) T-S图法
TH T2 T1
T 等H线 T1
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。
图读取ΔTS
T2
P1 P2
S 37
④ 用等焓节流效应计算
s
J
V Cp
Ts
p2
J dp
p1
V p2 dp
C p1 p
若Cp=const
1 p2
Ts
TH
Cp
V dp
p1
38
2.不可逆对外做功的绝热膨胀
对活塞式膨胀机
➢ 当t<30℃
ηs=0.65
➢ 当t>30℃ ηs=0.7～0.75
T 1
3
卡诺循环产功 很大，但难于实现， 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 循环是朗肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
dH H dT H dP T P P T
dH 0
H
T P T
P H
H
T P
25
H T
P
Cp
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
第8章_蒸汽动力循环及制冷循环
第8章 蒸汽动力循环及制冷循环将热能变为机械能组成循环的热力过程。
根据所采用工质的不同，热力原动机循环分为两类：以蒸汽为工质的称为蒸汽动力循环，而以气体为工质的则称为气体循环。
制冷循环是一种逆向循环。
逆向循环的目的在于把低温物体(热源)的热量转移到高温物体(热源)去。
如果循环的目的是从低温物体(如冷藏室、冷库等)不断地取走热量，以维持物体的低温，称之为制冷循环；如果循环的目的是给高温物体(如供暖的房间)不断地提供热量，以保证高温物体的温度，称之为热泵循环。
本章学习要求要求学生了解蒸汽动力循环的基本过程，掌握Rankine 循环的热力学分析方法，热效率、气耗率的概念与计算，以及Rankine 的改进方法。
在制冷循环中，要求掌握逆Carnot 循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组成，制冷系数和单位工质循环量的计算；了解热泵的基本概念和在工业生产中的应用。
最后了解与掌握空气液化及其计算方法。
重点与难点8.1 Rankine 循环HLH s c T T Q w -=-=1ηST图6-1 Rankine 循环示意图 图6-2 Rankine 循环的T-S 图Rankine 循环中工质历经的各个单元过程是完全理想化的(忽略工质的流动阻力与温差传热)，以单位质量的工质为基准，运用稳流过程热力学第I 定律进行分析：12→过程：透平机中工质作可逆绝热膨胀过程(等熵膨胀)，对外输出轴功S W ：1S 21W H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-1)32→过程：湿蒸汽在冷凝器中的等压等温冷凝过程(相平衡)，工质冷凝放热量L Q ：1L 32Q H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-2)34→过程：饱和水在水泵中作可逆绝热压缩过程(等熵压缩)，水泵消耗轴功S,PUMP W ：1S,PUMP 43W H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-3)由于水的不可压缩性，在压缩过程中水的体积变化微小，S,PUMP W 可按下式计算：423P S,PUMP H O 43P W VdP V (P P )=≈⋅-⎰(6-4)41→过程，实际上含44'→(给水预热)、4'1'→(等压等温汽化或两相平衡)及1'1→(饱和蒸汽过热)三个阶段，工质在锅炉与过热器中吸收的热量H Q ：1H 14Q H H H (kJ kg )-=∆=-⋅(6-5)热效率(即热机效率或第I 定律效率)和汽耗率是评价蒸汽动力循环的经济技术指标。
化工热力学6Chapter6蒸汽动力循环与制冷循环(New)
度下降,故压力一般不单独提高,通常乏汽干度≮88%,为安全起见,最好为饱 和蒸汽。
3.分析举例
Chapter 6.蒸汽动力循环与制冷循环 §6.1蒸汽动力循环
五、提高Rankine循环热效率的主要措施 (一)提高蒸汽的初参数即温度和压力 (二)提高冷凝器效率和尽可能降低冷却水的温度以便尽可能降低 乏汽压力 1.原理 （1）提高冷凝器效率目的是缩小工质与冷却水之间的传热温差 即缩小了传热推动力； （2）降低冷却水的温度的目的是在传热推动力不变的情况下降 低乏汽压力 2.限制 （1）冷凝器效率提高受冷凝器传热面积的限制即冷凝器投资的 限制； （2）冷却水的温度的降低受季节和地理位置的限制 (三)利用其它低温余热预热锅炉给水即提高锅炉进口的水温 原理：缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差
6．汽耗率 SSC=m/N=60103/(2.045410466.87)=2.943 kg/(kWh)
10
1．例5-8 1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平机作功，并在 0.0687MPa下排出。此透平机既不可逆也不绝热，输出的轴 功相当于可逆绝热膨胀功的85%。由于隔热不好，每kg蒸汽 有7.12kJ的热量散失于20℃的环境。此过程的理想功、损失 功和热力学效率。
四、计算举例
例 题 6-1(P135~137) 某 蒸 汽 动 力 循 环 按 朗 肯 循 环 工 作 , 锅 炉 压 力 为 4MPa, 产 生 440℃的过热蒸汽,乏汽压力为4kPa,蒸汽流量60吨/时，试按理想朗肯循环计 算①乏汽的干度;②汽轮机的理论功率;③水在锅炉中吸收的热;④水泵的理论 功率;⑤乏汽在冷凝器中放出的热;⑥循环的热效率;⑦循环的汽耗率。
NTid=m(h1h2)/3600=60103(3307.12079.87)/3600=2.0454104 kW 4．泵功率 NP=m(h4h3)/3600=60103(125.472121.46)/3600=66.87 kW
3.分析举例
Chapter 6.蒸汽动力循环与制冷循环 §6.1蒸汽动力循环
五、提高Rankine循环热效率的主要措施 (一)提高蒸汽的初参数即温度和压力 (二)提高冷凝器效率和尽可能降低冷却水的温度以便尽可能降低 乏汽压力 1.原理 （1）提高冷凝器效率目的是缩小工质与冷却水之间的传热温差 即缩小了传热推动力； （2）降低冷却水的温度的目的是在传热推动力不变的情况下降 低乏汽压力 2.限制 （1）冷凝器效率提高受冷凝器传热面积的限制即冷凝器投资的 限制； （2）冷却水的温度的降低受季节和地理位置的限制 (三)利用其它低温余热预热锅炉给水即提高锅炉进口的水温 原理：缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差
6．汽耗率 SSC=m/N=60103/(2.045410466.87)=2.943 kg/(kWh)
10
1．例5-8 1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平机作功，并在 0.0687MPa下排出。此透平机既不可逆也不绝热，输出的轴 功相当于可逆绝热膨胀功的85%。由于隔热不好，每kg蒸汽 有7.12kJ的热量散失于20℃的环境。此过程的理想功、损失 功和热力学效率。
四、计算举例
例 题 6-1(P135~137) 某 蒸 汽 动 力 循 环 按 朗 肯 循 环 工 作 , 锅 炉 压 力 为 4MPa, 产 生 440℃的过热蒸汽,乏汽压力为4kPa,蒸汽流量60吨/时，试按理想朗肯循环计 算①乏汽的干度;②汽轮机的理论功率;③水在锅炉中吸收的热;④水泵的理论 功率;⑤乏汽在冷凝器中放出的热;⑥循环的热效率;⑦循环的汽耗率。
NTid=m(h1h2)/3600=60103(3307.12079.87)/3600=2.0454104 kW 4．泵功率 NP=m(h4h3)/3600=60103(125.472121.46)/3600=66.87 kW
第8章 蒸汽动力循环与制冷循环2
8.4.1 逆向 逆向Carnot循环 循环
QH
冷凝器
T 2
压缩机
3
p2 TH 3 2 p1 4 1 S
膨胀机
4
QL
蒸发器
1
TL
S4 S1 (a) 逆Carnot循环制冷示意图 循环制冷示意图 图 图8-11 逆Carnot循环制冷过程 (b) T-S图 循环制冷过程
循环的制冷系数ξ 循环的制冷系数 特点 Carnot循环的制冷系数 C取决于高温和低温热源的 温度
二.蒸汽压缩制冷循环
工作原理及T 1. 工作原理及T-S图 主要设备有: 主要设备有: 压缩机 冷凝器 膨胀机(节流阀) 膨胀机(节流阀) 蒸发器 四部分组成. 四部分组成. 4
1
气 轮 机
2
锅炉 冷 凝 器
4
水泵
3
P1T1的高压高温蒸汽进入 气轮机等熵膨胀到状态2 气轮机等熵膨胀到状态2, 同时对外做功, 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, 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, 压力下的饱和水,放出的 热量由冷却水带走, 热量由冷却水带走,达到 状态3 状态3,饱和水经水泵升 压到P1进入锅炉, P1进入锅炉 压到P1进入锅炉,在锅炉 吸收热量, 吸收热量,使工质变化到 状态1 完成一个循环. 状态1,完成一个循环.
重点内容
1)Rankine循环的热力学分析方法,热效率,气 循环的热力学分析方法,热效率, 循环的热力学分析方法 耗率的概念与计算,以及Rankine的改进方法 耗率的概念与计算,以及 的改进方法 . 2)了解 2)了解Otto循环和Diesel循环燃气循环和燃气轮 了解Otto循环和 循环和Diesel循环燃气循环和燃气轮 机过程分析; 机过程分析; 3) 逆Carnot循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组 循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组 制冷系数和单位工质循环量的计算; 成,制冷系数和单位工质循环量的计算; 4) 热泵的基本概念和在工业生产中的应用; 热泵的基本概念和在工业生产中的应用; 5)了解深冷循环,掌握空气液化及其计算方法. 了解深冷循环, 了解深冷循环 掌握空气液化及其计算方法.
蒸汽动力循环与制冷循环PPT课件
热力学分析
汽轮机中工质对外作功量(过程1→2) WS(R) H H2 H1 (kJ kg-1)
冷凝器中工质对外放热量
QL H H3 H2 (kJ kg-1)
水泵消耗的压缩功量
Wpump H H4 H3 V3 p4 p3 (kJ kg-1)
工质从锅炉中吸收的热量
QH H H1 H4 (kJ kg-1)
T
等温冷凝
T放 3
2
WS
T吸 4
1
等温蒸发
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的耗功量
二.蒸汽压缩制冷循环
1. 工作原理及T-S图
3
主要设备有：
节膨
压缩机
流胀 阀机
或
冷凝器
膨胀机（节流阀）
4
蒸发器
四部分组成。
冷凝器
QH
2
压 缩 机
1 QL 载冷体
蒸发器
在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题
点燃式内燃机(汽油机) 定容加热循环 混合加热循环
压燃式内燃机(柴油机) 定压加热循环
Jetta柴油车
8.2.1 定容加热循环 Otto循环
p
3
3
3
p
T
2
4
0
大气压力
1
2
V
2
4
4
排气阀 进气阀
(a)实际工作原理图
1
(b) p-V 图 V
1 S
(c) T-S 图
图 8-8 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
T
5
锅炉
发电机
4
6
2’
1 1’ 56
汽轮机中工质对外作功量(过程1→2) WS(R) H H2 H1 (kJ kg-1)
冷凝器中工质对外放热量
QL H H3 H2 (kJ kg-1)
水泵消耗的压缩功量
Wpump H H4 H3 V3 p4 p3 (kJ kg-1)
工质从锅炉中吸收的热量
QH H H1 H4 (kJ kg-1)
T
等温冷凝
T放 3
2
WS
T吸 4
1
等温蒸发
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的耗功量
二.蒸汽压缩制冷循环
1. 工作原理及T-S图
3
主要设备有：
节膨
压缩机
流胀 阀机
或
冷凝器
膨胀机（节流阀）
4
蒸发器
四部分组成。
冷凝器
QH
2
压 缩 机
1 QL 载冷体
蒸发器
在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题
点燃式内燃机(汽油机) 定容加热循环 混合加热循环
压燃式内燃机(柴油机) 定压加热循环
Jetta柴油车
8.2.1 定容加热循环 Otto循环
p
3
3
3
p
T
2
4
0
大气压力
1
2
V
2
4
4
排气阀 进气阀
(a)实际工作原理图
1
(b) p-V 图 V
1 S
(c) T-S 图
图 8-8 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
T
5
锅炉
发电机
4
6
2’
1 1’ 56
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
蒸汽动力循环和制冷循环
第七章蒸汽动力循环和制冷循环0、引言蒸汽动力循环：是以蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备是各种热机。
产功的过程。
如：火力发电厂，大型化工厂。
常用的工质是水蒸气。
制冷循环：是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。
耗功的过程。
7.1．蒸汽动力循环一、蒸汽动力循环基本原理主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
4→1水进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽。
1→2进入透平机膨胀作功。
2→3作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，回到水泵中。
3→4水在水泵中被压缩升压，再回到锅炉中，完成一个循环。
二、朗肯循环及其热效率原理：朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由：水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
1、理想朗肯循环3→4饱和水可逆绝热压缩过程。
（等S）4→1高压水等压升温和汽化，可逆吸热过程。
1→2过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。
（等S）2→3湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。
气体压缩式制冷机以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成(图1) 。
经压缩机压缩的气体先在冷凝器中被冷却，向冷却水（或空气）放出热量，然后流经回热器被返流气体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。
气体在膨胀机中膨胀时对外作功，成为压缩机输入功的一部分。
同时膨胀后的气体进入冷箱，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。
此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。
气体制冷机都应采用回热器，这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低膨胀机前压缩气体的温度，因而降低制冷温度。
气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽，从高于0℃到低于-100℃；制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于-90℃时其经济性反而高于蒸气制冷机。
压缩式制冷机蒸气压缩式制冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。
这类制冷机的制冷剂在常温和普通低温下能够液化，在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。
蒸汽动力循环和制冷循环52页PPT
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
蒸汽动力循环和制冷循环
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
蒸汽动力循环 ppt课件
2
1
4
13
4
h1
h1 = 129.3 kJ/kg s h2 = 3330.7 kJ/kg s
ppt课件
21
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
qhwt
T
1
q=0
wt hh1h2
可逆过程： s
p1 p2 2 2’
不可逆过程
s
ppt课件
22
二、朗肯循环功和热的计算
T
汽轮机作功： wT h1 h2
1
凝汽器中的定压放热量：
1 6
2 s
ppt课件
t
h1 h2 h1 h3
p1 t1 p2
29
三、蒸汽参数对热效率的影响
1、初温 t1 对热效率ηt 的影响
p1 , p2不变，t1
T
1'
1
5
6
t
1
T2 T1
优点：
•T1
t
• x 2 ' ，有利于汽轮
机安全。
4
缺点：
3
2 2 ' • 对耐热要求高，
目前初温一般小
s 于620℃
锅炉Boiler设备图
ppt课件
12
汽轮机（透平Turbine）机组刨面图
ppt课件
13
凝汽器Condenser和冷却塔系统图
ppt课件
14
Natura冷l-却dr塔if实t 体C图ooling Tower
ppt课件
15
10-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
一、蒸汽动力循环简化
1
12 汽轮机 s 膨胀
基本内容
ppt课件
2
动力循环：以获得功为目的
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(1)此动力循环中蒸汽的质量流量; (2)汽轮机出口乏气的湿度; (3)循环的热效率.
8
例7-2 插图
t=320 ℃
1
汽轮机
核
反 应 堆
锅 炉
4
2 或2’ 冷 凝器
3
T P1=7MPa, t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
9
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环： 对郎肯循环：
– 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
而 ws
QH
故 ws Qh
QH
16
1 汽轮机
锅 炉
7
P’2
α
(1-α)kg 3
冷
热
凝器
用
户
4
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程， 5 沿着等压线变化
3.郎肯循环过程的热力学计算
(1)工作介质在锅炉中吸热量
QH H 41 H1 H 4
kJ/kg
(2)工作介质在冷凝器中排放的热量
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg
QL H 23 H 3 H 2
6
5
水泵 加热器 水泵
T
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
S
17
4.应用举例
[P140-143 例6-3、6-4]例6-3自看
例6-4.某化工厂采用如下的蒸汽动力装置以同时提供动力和 热能。已知汽轮机入口的蒸汽参数为3.5MPa,435 ℃,冷凝 器的压力为0.004MPa,中间抽汽压力P’为0.13MPa,抽 汽量为10kg/s,其中一部分进入加热器,将锅炉给水预热到 抽汽压力P’下的饱和温度,其余提供给热用户,然后冷凝成 饱和水返回锅炉循环使用。已知该装置的供热量是 50103kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利 用系数。
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。 QL
QH
14
qH
4
1 锅 炉
汽轮机
WS
2
qL
T
4 3
3
1 2
S
15
（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
再热循环的热效率
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
T 8
7 6
1 P1 3p
22 p3
45
S
1
2
wsh+wsL 34
QR
H
结论：（1）η提高
（2）乏汽湿含量减少，干度增加
11
2.回热循环
1 1kg
T
αkg
(1-α)kg
2’
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 郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
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。
（5）工作介质吸热过程不同
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
(2)热效率提高，但设备成本提高。
13
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得以汽轮机
和水泵有浸蚀作用，汽
T
轮机带水量不得超过
10%，水泵不能带入蒸
T吸
4
汽进泵；
QH
1
Ws
(2)绝热可逆过程实
T放
3
际上难以实现。
第一个具有实际意
2
QL
义的蒸汽动力循环是郎 肯循环。
S T-S图
4
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
（1）工质进汽轮机状态不同
c
ws QH
1 TL TH
ws H1 H2 H1 H2
QH H1 H 4 H1 H3
要使η↑： (1) H2↓，降低压力P2（汽轮机出口蒸汽压力）
(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
10
1.再热循环
2
6
水
5
6
4 3
3
5
4
1
αkg
2’
(1-α)kg
2
S
12
回热循环的热效率
ws wp QH QL 1 (1)(H2 H3)
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
ws
QH
7
4.应用举例 [P177 例7-1～7-2]例7-1自看
例7-2 某核动力循环如图所示，锅炉从温度为320℃ 的核反应堆吸 入热量Q1产生压力为7MPa、温度为360 ℃ 的过热蒸汽（点1）， 过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于0.008MPa压力下排出（点2）， 乏气在冷凝器中向环境温度 t0=20 ℃ 下进行定压放热变为饱和水 （点3），然后经泵返回锅炉（点4）完成循环，已知汽轮机的额定 功率为15104 kW,汽轮机作不可逆的绝热膨胀,其等熵效率为0.75, 而水泵可认为作可逆绝热压缩,试求:
第七章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
7.1 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
2
锅炉
4
1
汽 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 汽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。
（理想）
(3)汽轮机工作介质的单位产功量
ws H12' H 2' H1 ws H12 H 2 H1
kJ/k （g 理想）
∵
s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
∴ WS sWSR
6
(4)水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H 3
kJ/kg
由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可 按下列式近似计算
wp vdp vp vp4 p3
(5)热效率
定义：锅炉中所提供的热量转化为净功的量
数学式： (ws wp ) H1 H2 H3 H4
QH
H1 H4
wp远小于ws
8
例7-2 插图
t=320 ℃
1
汽轮机
核
反 应 堆
锅 炉
4
2 或2’ 冷 凝器
3
T P1=7MPa, t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
9
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环： 对郎肯循环：
– 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
而 ws
QH
故 ws Qh
QH
16
1 汽轮机
锅 炉
7
P’2
α
(1-α)kg 3
冷
热
凝器
用
户
4
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程， 5 沿着等压线变化
3.郎肯循环过程的热力学计算
(1)工作介质在锅炉中吸热量
QH H 41 H1 H 4
kJ/kg
(2)工作介质在冷凝器中排放的热量
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg
QL H 23 H 3 H 2
6
5
水泵 加热器 水泵
T
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
S
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4.应用举例
[P140-143 例6-3、6-4]例6-3自看
例6-4.某化工厂采用如下的蒸汽动力装置以同时提供动力和 热能。已知汽轮机入口的蒸汽参数为3.5MPa,435 ℃,冷凝 器的压力为0.004MPa,中间抽汽压力P’为0.13MPa,抽 汽量为10kg/s,其中一部分进入加热器,将锅炉给水预热到 抽汽压力P’下的饱和温度,其余提供给热用户,然后冷凝成 饱和水返回锅炉循环使用。已知该装置的供热量是 50103kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利 用系数。
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。 QL
QH
14
qH
4
1 锅 炉
汽轮机
WS
2
qL
T
4 3
3
1 2
S
15
（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
再热循环的热效率
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
T 8
7 6
1 P1 3p
22 p3
45
S
1
2
wsh+wsL 34
QR
H
结论：（1）η提高
（2）乏汽湿含量减少，干度增加
11
2.回热循环
1 1kg
T
αkg
(1-α)kg
2’
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 郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
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。
（5）工作介质吸热过程不同
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
(2)热效率提高，但设备成本提高。
13
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得以汽轮机
和水泵有浸蚀作用，汽
T
轮机带水量不得超过
10%，水泵不能带入蒸
T吸
4
汽进泵；
QH
1
Ws
(2)绝热可逆过程实
T放
3
际上难以实现。
第一个具有实际意
2
QL
义的蒸汽动力循环是郎 肯循环。
S T-S图
4
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
（1）工质进汽轮机状态不同
c
ws QH
1 TL TH
ws H1 H2 H1 H2
QH H1 H 4 H1 H3
要使η↑： (1) H2↓，降低压力P2（汽轮机出口蒸汽压力）
(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
10
1.再热循环
2
6
水
5
6
4 3
3
5
4
1
αkg
2’
(1-α)kg
2
S
12
回热循环的热效率
ws wp QH QL 1 (1)(H2 H3)
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
ws
QH
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4.应用举例 [P177 例7-1～7-2]例7-1自看
例7-2 某核动力循环如图所示，锅炉从温度为320℃ 的核反应堆吸 入热量Q1产生压力为7MPa、温度为360 ℃ 的过热蒸汽（点1）， 过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于0.008MPa压力下排出（点2）， 乏气在冷凝器中向环境温度 t0=20 ℃ 下进行定压放热变为饱和水 （点3），然后经泵返回锅炉（点4）完成循环，已知汽轮机的额定 功率为15104 kW,汽轮机作不可逆的绝热膨胀,其等熵效率为0.75, 而水泵可认为作可逆绝热压缩,试求:
第七章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
7.1 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
2
锅炉
4
1
汽 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 汽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。
（理想）
(3)汽轮机工作介质的单位产功量
ws H12' H 2' H1 ws H12 H 2 H1
kJ/k （g 理想）
∵
s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
∴ WS sWSR
6
(4)水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H 3
kJ/kg
由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可 按下列式近似计算
wp vdp vp vp4 p3
(5)热效率
定义：锅炉中所提供的热量转化为净功的量
数学式： (ws wp ) H1 H2 H3 H4
QH
H1 H4
wp远小于ws