第七章_压缩、膨胀、蒸汽动力循环及制冷循环
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。
化工热力学复习总结
第2章流体的P-V-T 关系1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT 性质的方法。
2.了解偏心因子的概念，掌握有关图表及计算方法。
1. 状态方程：在题意要求时使用该法。
① 范德华方程：常用于公式证明和推导中。
② R —K 方程： ③ 维里方程：2. 普遍化法：使用条件：在不清楚用何种状态方程的情况下使用。
三参数法：① 普遍化压缩因子法② 普遍化第二维里系数法3、Redlich-Kwong （RK ）方程3、Soave （SRK ）方程4、Peng-Robinson （PR ）方程()22a 0.45724c r cR T T P α=0.0778c cRT b P =§2-5高次型状态方程5、virial 方程 virial 方程分为密度型：和压力型：第3章 纯物质的热力学性质1、热力学性质间的关系dU TdS pdV =-H=U+PV d H T d S V d =+A=U-TS d A S d Tp d V =--G=H-TS d G S d TV d p =-+ Maxwell 关系式S V T P V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ S P T V P S ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ V T P S T V ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ P TV S T P ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 转换公式： 1Z X YX Y Z Y Z X ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭3.2计算H ∆和S ∆的方法1.状态方程法： P P V d H C d T V T d PT ⎡⎤∂⎛⎫=+- ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦ P PC V d S d T d PT T ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭ 2.剩余性质法：①普遍化压缩因子图()()1R R RTC C C H H H RT RT RT ω=+ ()()1R R RTS S SRRRω=+②普遍化的第二维里系数方法0101R T r r r C r r H dB dB P B T B T RT dT dT ω⎡⎤⎛⎫=-+-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦ 01R T r r r S dB dB P R dT dT ω⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭0 1.60.4220.083r B T =-14.20.1720.139r B T =-导出：0 2.60.675r r dB dT T = 15.20.772r rdB dT T = 第6章 化工过程能量分析热力学第一定律一、功 Wp dVδ=-外不可逆过程: 2112W P dV =-⎰外体可逆过程： 21V rev V W p dV =-⎰体体规定：体系吸热为正，放热为负；对外做功为负，接受功为正。
热力学循环过程
热力学循环过程热力学循环过程热力学循环是指在一定的温度范围内，通过一系列的热力学变化，使得系统从一个状态回到相同的状态的过程。
在工程领域中，热力学循环被广泛应用于各种能源转换和动力系统中。
本文将对热力学循环过程进行详细介绍。
一、理想气体循环1.卡诺循环卡诺循环是理想气体循环中最常见的一种。
它由四个步骤组成：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
其中，等温膨胀和等温压缩是在高温和低温下进行的，而绝热膨胀和绝热压缩则是在两个恒温储存器之间进行的。
2.斯特林循环斯特林循环也是一种理想气体循环。
它由两个等量的等温膨胀和两个等量的等温压缩组成。
与卡诺循环不同的是，在斯特林循环中，气体是通过活塞进行往复运动的。
二、汽车循环汽车循环是指内燃机中的热力学循环过程。
它分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
其中，进气和排气是通过活塞进行的，而压缩和燃烧则是通过发动机的缸体完成的。
三、蒸汽动力循环蒸汽动力循环是指利用水蒸气驱动涡轮机或活塞发电的过程。
它由四个主要步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。
其中，加热和冷却是通过锅炉完成的，而膨胀和压缩则是通过涡轮机或活塞完成的。
四、制冷循环制冷循环是指将低温物体中的热量传递到高温物体中以使其降温的过程。
它由四个主要步骤组成：压缩、冷凝、膨胀和蒸发。
其中，压缩和冷凝是通过制冷机完成的，而膨胀和蒸发则是通过制冷剂完成的。
五、混合流体循环混合流体循环是指将两种或多种不同的流体混合在一起，使它们共同进行热力学循环的过程。
它由四个主要步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。
其中，加热和冷却是通过换热器完成的，而膨胀和压缩则是通过涡轮机或活塞完成的。
六、结论总之，热力学循环过程在工程领域中有着广泛的应用。
不同类型的循环过程有着不同的特点和适用范围。
了解这些循环过程对于设计和优化能源转换和动力系统非常重要。
7.1 气体的压缩与膨胀过程
∆H = 0
绝热节流过程是等焓过程。节流时存在摩擦阻力损耗，故 节流过程是不可逆过程，节流后熵值一定增加。流体 节流时，由于压力变化而引起的温度变化称为节流效 应，或Joule-Thomson效应。
微分节流效应系数，以µJ表示， ∂T µJ = ∂P H 由热力学基本关系式可知，µJ 可以从P-V-T关系和 CP性质来计算 ∂V T −V ∂T P µJ = CP 理想气体绝热节流后温度不变 ，µJ=0 µJ >0 节流后温度降低称冷效应； µJ =0 节流后温度不变称零效应； µJ < 0 节流后温度升高称热效应。 同一气体在不同状态下节流，µJ 有可能为正、为负 或为零。
∆TS = T2 − T1 = ∫ µS dP
P 2
从温度降、冷冻量和回收轴功来说，做外功的绝 热膨胀要比节流膨胀优越。但绝热节流膨胀的 好处，它所需的设备很简单，只需一个节流阀， 便于调节且可直接得到液体。工业和民用设备 多采用节流膨胀。 【例题6-8】绝热节流膨胀和绝热可逆膨胀计算。
∂T µS = ∂P S
CP>0，T>0，
∂V >0 ∂T P
T ∂T P µS = CP
µS >0
任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必 定是降低的，总是得到制冷效应。
压力变化所引起温度变化称积分等熵膨胀效应∆T S为
P 1 等熵膨胀过程也可在T—S图上表示出来，如图6-5， 膨胀前的状态为1（T1,P1）由此点沿等熵线（作垂 线）与膨胀后的压力P2的等压线相交，即为膨胀后 的状态点2′（T2′ ，P2′ ）。等熵膨胀的积分温度效 应∆TS = T2 - T1，即可由T-S图直接读出。 等熵膨胀的冷冻量要比节流膨胀的冷冻量大，所超过 的数值相当于等熵膨胀对外所做的轴功。同样的压 力差，产生的温度降比节流膨胀为大 实际对外作功的绝热膨胀并不是可逆的，不是等熵过 程，而是向着熵增大的方向进行，它界于等焓和等 熵膨胀之间。实际膨胀机所作的轴功小于可逆膨胀 所作的轴功。
气体或蒸汽压缩循环
例题7.1
空气为p1=1bar，T1=323K，V1=0.1m3，按多变过程压 缩至p2=8bar，V2=0.02m3。试求：①多变指数；②压 气机消耗功；③压缩终点空气温度；④压缩过程中传 出的热量。
[解] ①多变指数 根据p1V1n= p2V2n，可得：
nlnp2/lnV 1ln8/ln0.11.292 p1 V 2 1 0.02
T1 p1 T2' p2
5
3 3 ''
省功
2 2'
6
1
2.各级所消耗的压缩功相等(wc.1= wc.2)
v
w c.1
n
n
1
Rg
(T2
T1 )
w c.2
n
n
1
Rg
(T2
T1 )
z级压缩轴功：wc=zwc.1
3.每级向外散出的热量相等，而且每级的中间冷却 器向外散出的热量也相等。
4.分级压缩对提高容积效率有利，在每一级中升压比
（3）
n w cn 1R g T 1
n n 1 1 1 .2 6 4 1 0 5J/k g
PW cW m cmw c3q 6m 00
1.264*105*3813.56/360013.39 103W
n1
（4） T2
T1
p2 p1
n
n1 n
n1
T2T1n 459.32K
qnn n 1 kcvT39.77kJ/kg
p1
p1
p1
4 5 省功
2 3
1
p3 p终
p1
p初
可证明 若m级
m
p终 p初
v
分级压缩的优点1
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
蒸汽动力循环的四个主要过程
蒸汽动力循环的四个主要过程一、蒸汽动力循环介绍蒸汽动力循环是一种常见的热力学循环，广泛应用于电力、化工、航空等领域。
它利用热能将水转化为蒸汽，再通过蒸汽的膨胀和冷凝来实现能量的转化和利用。
蒸汽动力循环主要由四个过程组成，分别是压缩、加热、膨胀和冷凝，下面将分别对这四个过程进行详细介绍。
二、压缩过程压缩过程是蒸汽动力循环的第一个过程，其目的是将低压的蒸汽压缩为高压蒸汽。
在这个过程中，蒸汽从锅炉中进入压缩机，通过压缩机的工作，蒸汽的温度和压力都得到了提高。
压缩机通常采用离心式或轴流式，通过叶片的旋转来增加蒸汽的压力。
这样可以提高蒸汽的能量，为后续的加热和膨胀过程提供条件。
三、加热过程加热过程是蒸汽动力循环的第二个过程，其目的是将高压蒸汽加热至高温高压。
在这个过程中，高压蒸汽从压缩机出口进入锅炉，在锅炉中与燃料进行热交换，吸收燃料燃烧释放的热能。
经过加热，蒸汽的温度和压力进一步提高，成为高温高压蒸汽。
加热过程通常采用燃烧室或燃烧锅炉，通过燃料的燃烧来提供热能。
这样可以增加蒸汽的能量，为后续的膨胀和冷凝过程提供动力。
四、膨胀过程膨胀过程是蒸汽动力循环的第三个过程，其目的是将高温高压蒸汽的热能转化为机械能。
在这个过程中，高温高压蒸汽从锅炉出口进入膨胀机，通过膨胀机的工作，蒸汽的压力和温度都得到了降低。
膨胀机通常采用汽轮机或透平机，通过蒸汽的膨胀来驱动转子旋转，从而产生机械能。
这样可以将蒸汽的热能转化为机械能，为后续的发电或其他工作提供动力。
五、冷凝过程冷凝过程是蒸汽动力循环的最后一个过程，其目的是将膨胀后的低温低压蒸汽再次液化。
在这个过程中，膨胀后的低温低压蒸汽从膨胀机出口进入冷凝器，通过冷凝器的工作，蒸汽的温度和压力都得到了降低。
冷凝器通常采用冷却水或制冷剂，通过与蒸汽的热交换来将蒸汽冷却至液态。
这样可以将蒸汽的热能再次转化为冷却介质的热能，为后续的循环提供条件。
六、总结蒸汽动力循环是一种重要的能量转化和利用方式，通过四个主要过程实现了热能向机械能的转化。
化工热力学
天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：化工热力学课程代码：0708第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点化工热力学是高等教育自学考试化学工程专业所开设的专业基础课程之一。
它是化学工程学的一个重要分支，也是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
本课程系统地介绍了将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。
它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
它是一门理论性与应用性均较强的课程。
二、课程目标与基本要求设置本课程，为了使考生能够掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；能利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；能利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算；并学会利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等。
通过本课程学习，要求考生：1、正确理解化工热力学的有关基本概念和理论；2、理解各个概念之间的联系和应用；3、掌握化工热力学的基本计算方法；4、能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。
三、与本专业其它课程的关系化工热力学是化工类专业必修的专业基础课程，它与化学工程专业的许多其它课程有着十分密切的关系。
物理化学是本课程的基础，同时本课程又是化工原理、化工设计、反应工程、化工分离过程等课程的基础和指导。
第二部分考核内容与考核目标第一章绪论一、学习目的与要求通过本章学习，正确认识“热”的概念及人们对于“热”的认识发展过程；了解化工热力学的主要内容及研究方法。
二、考核知识点与考核目标（一）什么是“热” （一般）识记：人们对于“热”的几种认识；“热”概念的发展过程（二）化工热力学的主要内容（次重点）识记：化工热力学的主要内容理解：“化工热力学”与“物理化学”的主要区别（三）化工热力学的研究方法（一般）识记：化工热力学的研究方法有经典热力学方法和分子热力学方法。
化工热力学-总复习1
总复习
16
第7章 蒸汽动力循环与制冷循环
总复习
气体的膨胀
对外不做功的绝热节流膨胀
H2 H1
J
T p
h
1 Cp
T
V T
p
对外做功的绝热可逆膨胀
V
JJ
0, 0,
冷 零
J 0, 热
S2 S1
效应
效 应TH 效应
p2
p1
J dp
s
T p
s
1 Cp
T V T
p
总 有 s 0, 冷效 应
液
相
区
气相区
汽液共存区
恒温线
A 饱和液相线AC
B 饱和气相线BC
3
第2章 流体的p-V-T关系
总复习
p-V-T关系及计算
R-K方程：已知V、T和质量，求压力。
公式：
p
RT V b
a
T 0.5V V
b
注意:(1)p、V、T单位，V为mol体积。
a b
0.42748R 2Tc 2.5 pc
0.08664RTc
功源有效能 ExW W 与功源总能量相等；
热量有效能 有效能损失
ExQ
Q 1 - T0 T
典型题：作业6-9、6-11，习题课 第六、七章第6题。
El Ex WS WL T0St
有效能效率
(等价于t )
EX
Ex Ex
获 得 提 供
1-
El
Ex
提
供
不可可逆逆过过程程EEXX
100% 100%
f p
ˆi
fˆi xi p
f与fˆi、与ˆi的 关 系
ln f
化工热力学总结
5.相平衡
1）相平衡的判断准则 VLE
2）相图的类型及正、负偏差，恒沸物，相律
3）VLE计算通式
V
4）完全理想系VLE计算
概念：饱和蒸汽压
汽液平衡比 相对挥发度 5）化学体系VLE计算 气相：理想气体混合物
液相：真实溶液
6）如何判定共沸点存在，并计算共沸物组成 判断与计算
6. 化工过程的能量分析
（工程） 普压法（查图）
⑶热力学图表 ①水蒸气表的查用
②T-S图的查用（重点）
等P线 T 等H线 等S线（垂线） 等T线（水平线） VLE（两相区）
c 蒸汽
2 固 液 1 固
等压
3
4
等焓
液
液-汽
三相点
S
4.流体混合物的热力学性质
1、基本概念：
偏摩尔性质、化学位、逸度、逸度系数、混 合物逸度、逸度系数与其组分逸度、理想溶 液、标准态、正规溶液、无热溶液、活度、 活度系数、混合性质变化、理想溶液混合性 质变化、超额性质、超额自由焓
舍项维理方程
pV B Z 1 RT V pV B C Z 1 2 RT V V
Van der Waals方程
RT a p 2 V b V
vdW方程常数a、b的确定
V 3 3VcV 2 3Vc V Vc 0
2 3
bp RTc 2 a ab V V V3 c 0 pc pc pc
5）平衡常数的几种表示法 气相反应
液相反应
6）温度对平衡常数的影响
7） 影响平衡组成的因素 ①温度
反应热效应吸热---放热
②压力 体积变化效应体积增大----减小 ③惰性气体 ni ↑ →反应体系Pi ↓ 压力的影响
蒸汽动力循环及制冷循环
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,不小
于大气压力；
③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热顾客旳热量/输入旳总 热量。
QL
QH
（2） 抽气式汽轮机联合供电供热循环
J
P P 0 cp
这阐明了理想气体在 节流过程中温度不发 生变化
② 真实气 体
有三种可能旳情况，由定义式知
J
T P H
当μJ>0时，表达节流后压力下降，温度也下降
V T V 0
致冷
T P
当μJ=0时，表达节流后压力下降，温度不变化
V T V 0 不产生温度效应 T P
这就阐明了在相同条件下等熵膨胀系数不小于节 流膨胀系数,所以由等熵膨胀可取得比节流膨胀更加 好旳致冷效果.
(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旳温度变化，
称之。
p2
Ts T2 T1 s dp
p1
计算积分等熵温度效应旳措施有4种：
① 利用积分等熵温度效应
Ts
p2
s dp
（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 视掉工作介质水旳摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
6.2 节流膨胀与作外功旳绝热膨胀
一. 节流膨胀过程
物化第7章
若p变化不太大，μJ为常数 变化不太大，
∆TH = µJ ( p2 − p1)
变化大， 不为常数，用式计算，但很麻烦， 若p变化大，µJ不为常数，用式计算，但很麻烦，一 变化大 般不用。 般不用。
T(2) T-S图法 T
等H线
p1 p2
∆TH = T2 − T1
T1 T2
S (3) 利用经验公式估算 对于空气，当压力变化不太大时， 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： 影响，可直接按下式近似估算： 2 273 ∆TH = 0.29 ( p 2 − p1 ) T 1
S
• 不可逆对外做功的绝热膨胀的温度效应介于等熵膨胀 效应和节流膨胀效应之间。 效应和节流膨胀效应之间。
Ws 实际功 ηS = = WSR 理想功
∵
∆H = Q + Ws
绝热 Q=0
H1 - H 2 ' ηs = H1 - H 2
三.等熵膨胀与节流膨胀的比较
1.等熵膨胀与气体的属性及状 1.等熵膨胀与气体的属性及状 态无关， 态无关，对任何气体任何状态 都产生制冷效应。 都产生制冷效应。 2.
思考： 思考：
1. 汽车发动机的原理是什么？ 汽车发动机的原理是什么？ 2. 为什么要进行多级压缩？ 为什么要进行多级压缩？ 3. 在级间为什么要加冷却器？ 在级间为什么要加冷却器？
7.2 膨胀过程
7.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀
7.2.1节流膨胀 节流膨胀 ∆H = 0 流体进行节流膨胀是， 流体进行节流膨胀是，由于压力变化而引起 的温度变化称为节流效应或Joule-thomson 的温度变化称为节流效应或 效应
压缩机的分类
• 广义上讲，反能升高气体压力的设备均可称为压缩机 实际上根据压缩比r=P2/P1的数值把压缩机分为三类： r＝1.0——1.1 通风机 r＝1.1——4.0 鼓风机 r>4.0 压缩机（狭义） 按体积的变化情况：容积式和速度型 容积式压缩机——是将一定量的连续气流限制于一个封闭的空间里，使压力升高。 包括：往复式压缩机，回转式压缩机 ，滑片式压缩机 ，罗茨双转子式压 缩机，螺杆压缩机 速度型压缩机——是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加 速，从而将速度能转为压力 。 包括：离心式压缩机 ，轴流式压缩机 按运动方式：往复式 和回转式
《化工热力学》学习体会报告
P1V1 = P2V2 = nR
T1
T2
4、Redlich-Kwong（RK）方程
5、Soave（SRK）方程
6、Peng-Robinson（PR）方程
第三章 纯物质的热力学性质 1.热力学性质之间的关系
dU TdS pdV
-3-
H=U+PV
dH TdS Vdp
A=U-TS
dA SdT pdV
2、化工热力学及其特性： 所谓热力学主要是研究热现象和能量转换的。热力学以宏观体系作为自己的
研究对象,就其内容而言,它涉及到热机的效率,能源的利用,各种物理、化学乃至 生命过程的能量转换,以及这些过程在指定条件下有没有发生的可能性。如今热 力学已广泛的用于研究各种能量之间的关系，热力学从远古时期发展至今，可称 它为一门“完善”的科学，这主要表现在它具有四大特性：⑴严密性 ⑵完整性 ⑶ 普遍性 ⑷精简性
第二章、流体的 P-V-T 关系 1、纯物质的P-V-T 性质
流体的P-V-T 数据是化工生产﹑工程设计和科学研究最为基本的数据，它们 是化工热力学的基础数据。三维立体图2-1 是典型的纯物质的P-V-T 关系图。
2、 P-V-T 关系 对于纯物质而言，在单相区里，PVT 三者之间存在着一定的函数关系，用数
dB0
dTr
dB1 dTr
B0
0.083
0.422 T 1.6
r
B1
0.139
0.172 T 4.2
r
导出：
dB0 0.675
dTr
T 2.6 r
dB1 0.772
dTr
T 5.2 r
3.两项系统的热力学性质及热力学图表
对化工过程进行热力学分析，对工程进行工艺与设备计算时，需要物质在各 种状态下的焓、熵、比容等热力学参数的数据，希望能够迅速、简便的获得所研
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
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12
汽轮机（透平Turbine）机组刨面图
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13
凝汽器Condenser和冷却塔系统图
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14
Natura冷l-却dr塔if实t 体C图ooling Tower
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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
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2
动力循环：以获得功为目的
化工热力学 第七章习题答案
习 题 七 及 答 案一、问答题7-1. Rankine 循环与卡诺循环有何区别与联系? 实际动力循环为什么不采用卡诺循环?答：两种循环都是由四步组成，二个等压过程和二个等熵（可逆绝热）过程完成一个循环。
但卡诺循环的二个等压过程是等温的，全过程完全可逆；Rankine 循环的二个等压过程变温，全过程只有二个等熵过程可逆。
卡诺循环中压缩机压缩的是湿蒸汽，因气蚀损坏压缩机；且绝热可逆过程难于实现。
因此，实际动力循环不采用卡诺循环。
7-2. Rankine 循环的缺点是什么? 如何对其进行改进?答：Rankine 循环的吸热温度比高温燃气温度低很多，热效率低下，传热损失极大。
可通过：提高蒸汽的平均吸热温度、提高蒸汽的平均压力及降低乏汽的压力等方法进行改进。
7-3.影响循环热效率的因素有哪些?如何分析?答：影响循环热效率的因素有工质的温度、压力等。
具体可利用下式1L HT T η=- 分析确定哪些因素会改变L H T T 或，从而得到进一步工作的方案。
7-4．蒸汽动力循环中，若将膨胀做功后的乏气直接送人锅炉中使之吸热变为新蒸汽，从而避免在冷凝器中放热，不是可大大提高热效率吗? 这种想法对否? 为什么?答：不合理。
蒸汽动力循环以水为工质，只有在高压下才能提高水温；乏汽的压力过低，不能直接变成高压蒸汽。
与压缩水相比较，压缩蒸汽消耗的工太大，不仅不会提高热效率，反而会大大降低热效率。
7-5．蒸气压缩制冷循环与逆向卡诺循环有何区别与联系? 实际制冷循环为什么不采用逆向卡诺循环?答：两种循环都是由四步组成，二个等压过程和二个等熵（可逆绝热）过程完成一次循环。
但逆向卡诺循环的二个等压过程是等温的，全过程完全可逆；蒸气压缩制冷循环的二个等压过程变温，全过程只有二个等熵过程可逆。
Carnot 制冷循环在实际应用中是有困难的，因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机汽缸中形成液滴，造成“汽蚀”现象，容易损坏机器；同时压缩机汽缸里液滴的迅速蒸发会使压缩机的容积效率降低。
化工热力学_Chapter6-7_习题与解答_III_201406
化工热力学chapter67习题与解答iii201406热力学第一定律习题化工热力学习题工程热力学习题化工热力学习题精解基础会计习题与解答数值分析习题解答固体物理学习题解答合同法习题集及解答和声学教程习题解答
化工热力学习题课-III （第六章、第七章） June 13, 2014
第六章 化工过程的能量分析 作业题(1,2)_(May 16 & 23, 2014)
取整个装置为体系，忽略各设备散热损失，且冷凝器出口的冷却水所 携带的㶲通常难以利用，可忽略，则总㶲损：
DK总 Ex5 -Ex6 Ws 4.438 106 0.9731106 1.2152 106 2.250 106 kJ
对废热锅炉作㶲衡算，忽略热损失，又无功交换，Ws=0，其㶲损：
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k 1 k p2 k Ws ( r ) Z m RT1 1 (7 3b) p1 k 1
n 1 n p2 n Ws ( r ) Zm RT1 1 (7 4b) p1 n 1
气体压缩过程的变化规律以及理论功耗的计算 （1）等温压缩 对理想气体，pV=RT，等温过程的焓变为0，所以
Ws ( r ) p2 Q Vdp RT1 ln p1 p1
p2
(7 2a)
（2）绝热压缩—Q=0
Ws ( r ) H Vdp
p1 p2
对理想气体，pVk=常数， 代入上式得：
1
(3)T-S图法 工程上，积分节流效应Δ TH 可直接利用热
力学图求得，极为简便，见图7-9。
图7-9 积分节流效应
(7 4a)
T
V
S
从上述图中可看出： WS (r ),绝热 WS (r ),多变 WS (r ),等温 在出口压力相同条件下： T2,绝热 T2,多变 T2,等温
对非理想气体：（均假设可逆过程） 等温压缩
Ws ( r ) p2 Z m RT1 ln p1 (7 2b)
绝热压缩 多变压缩
k 1 k p2 k- 绝热指数，与气 k Ws ( r ) RT1 1 (7 3a) 体性质有关。 k 1 p1
（3）多变压缩 pVn=常数, n-多变指数 1 <n<k
Ws ( r )
n 1 n p2 n RT1 1 p1 n 1
第七章
压缩、膨胀、蒸汽动力 循环与制冷循环
前言
热能和功之间如何实现互相转化？——通过工质 在循环过程中的状态变化而实现的。 循环的种类： 1.动力循环（正向循环）—将热能转化为机械能 的循环。这种循环是产功的过程，其主要设备是 各种热机。 2..制冷循环（逆向循环）—将热能从低温热源转 给高温热源的循环。制冷循环是耗功的过程，其 主要设备是各种制冷机。
J H P
7 6
3.节流膨胀制冷的可能性分析
⑴对理想气体
PV RT
V T V T P J＝ CP
RT V P
R V T P P
R RT T J＝ P P 0 CP
说明理想气体在节流过程中温度不发生变化。
7.2 气体的膨胀
工业上通常利用高压气体的节流膨胀和绝热膨胀来 获得低温和冷量，这两种获得低温的方法虽然都是利用 气体膨胀降温的原理，但它们的热力学特征是不同的。
7.2.1 节流膨胀（throttling process） 流体在管道流动时，常流经阀门、孔板等管件，由
于局部阻力，使流体压力显著降低，这种现象—节流。
等温、绝热、多变三种过程。
在正常工况下都可视为稳流过程。因此压缩过程的
理论轴功可用稳流体系的热力学第一定律来描述（一般
忽略动能和势能）：
Ws (r ) H Q (6 3)
适用于任何介质的可逆或不可逆过程。 对可逆过程的轴功，还可按下式计算：
Ws ( r ) Vdp
p1
p2
(7 1)
⑵对真实气体
J-T 是体系的强度性质。因为节流过程的 dp 0 ,
所以当：
①µ J＞0，表示节流后，随着压力的减小， 温度是降低的。制冷 ②µ J=0 ，表示节流过程温度不变。
③µ J<0 ，表示节流后，随着压力降低，温度 升高。制热
节流膨胀小结： ⑴节流过程的主要特征是等焓； ⑵理想气体节流时温度不变，不能用于 制冷或制热； ⑶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。
T1，p1——节流膨胀前的温度、压力 T2，p2——节流膨胀后的温度、压力
(1) 若压力变化不大，节流效应系数为常数
T ( p p )
H J 2 1
H
273 ( 2)对于空气估算T 0.29P（ ） T
2
P TH ；T1 TH ， 需要预冷使T1
2 、节流效应（焦汤效应）（ Joule-Thomson ）
定义：流体节流时，由于压力的变化而引起 பைடு நூலகம்度的变化称为节流效应。 节流时微小压力的变化所引起的温度变化， 称为微分节流效应系数。 数学式为
T J＝ P H
P
V T V T T ＝ ＝ C P
J
转化曲线（inversion curve)
显然，工作物质（即筒内
的气体）不同，转化曲线的T,p
区间也不同。
例如， N 2 的转化曲线温 度高，能液化的范围大； 而H 2 和 He 则很难液化。 结论：不是所有气体在所有 T ， p 下的节流膨胀均能使 T 降低。
4.积分节流效应
实际节流时，压力变化为一有限值，由此所引 起的温度变化称为积分节流效应 。 P2 P2 1 V TH T2 T1 J dP T ( ) P V dP P P 1 1 C T P
流体通过节流阀门或多孔塞，如节流膨胀或绝热闪
蒸过程。
1、特点：
（1）节流过程进行得很快，可以认为过程为绝热。
（2）节流过程不对外作功。
（ 3）节流过程是典型的不可逆过程，节流后流体 的熵必定增加 S2>S1 。 （4）节流过程是等焓过程。 （5）利用节流过程，获得低温和冷量。 （6）理想气体节流后温度不变。
7.1 气体的压缩
功与变化的途径有关。 虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同。 显然，可逆膨胀，体系对环境作最大功； 可逆压缩，环境对体系作最小功。
化工生产中常用的压气机：
压缩机，鼓风机等。
虽然机构和工作原理不尽相同，但从热力学观点来看， 气体状态变化过程并无本质区别，都是消耗电能或机械能使 气体压缩升压的过程。 从热力学的角度又可分为: