蒸汽动力循环与制冷循环
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。
化工热力学习题及答案第五章蒸汽动力循环和制冷循环
第五章 蒸汽动力循环和制冷循环5-3设有一台锅炉，每小时产生压力为2.5MPa ,温度为350C 的水蒸汽4.5吨，锅炉的给水温度为30C,给水压力2.5MPa 。
已知锅炉效率为70%,锅炉效率: 如果该锅炉耗用的燃料为煤，每公斤煤的发热量为 29260J • kg -1，求该锅炉每小时的耗煤量。
2.5MPa 40 C H 2OH 169.77kJ kg内插得到 2.5MPa 30C H 2O H 169.7：86.3l28.04kJ kg查水蒸汽表2.0MPa 320 C H 2O H 3069.5kJ kg 1锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:出口压力P 1 0.008MPa 。
如果忽略所有过程的不可逆损失，试求： （1 ）汽轮机出口乏气 的干度与汽轮机的作功量；（2）水泵消耗的功量；（3）循环所作出的净功；（4）循环热效率。
解：朗肯循环在 T —S 图上表示如下:1点（过热蒸汽）性质：p 1 6MPa , t 1 540 C ,解：查水蒸汽表2.5MPa 20 C H 2O H 86.3kJ kg 锅炉每小时耗煤量：mcoal13490235658.6kg h 10.7 292601(3125.87 128.04) 31490235kJ hQ m H 2O H(H 2 H 1)4.5 1035- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力5 6MPa ，温度t 1 540 C ，汽轮机蒸汽吸收的热量 染料可提供的热量内插得到2.0MPa 查水蒸汽表内插得到3.0MPa 内插得到2.5MPa2.0MPa 360 C H 2O350 C H 2OH3.0MPa 320 C H 2O 3.0MPa 360 C H 2O350 C H 2O H 350 C H 2OHH 3159.3kJ 3159.3 3069.540 H 3043.4kJ H 3138.7kJ 3138.7 3043.4kg30 kg kg403114.88 3136.8530 3069.5 3043.4 3125.87kJ 3136.85kJ 3114.88kJkg 1kg 1 kg 12点(湿蒸汽)性质:S g 8.2287kJ kg 1V l 1.0084 cm 3g 11-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程,S 2 S 1 6.9999kJ kg 1 K 12点汽液混合物熵值:循环热效率旦 1326・9 6.°420.3958H 4 3517.0 179.922(2)乏气的干度；(3)循环的气耗率；(4 )循环的热效率； (5)分析以上计算的结果。
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。
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。
热力学循环的应用与实践
热力学循环的应用与实践热力学循环是热力学与工程学的重要交叉领域，它涉及到能量转换和能量利用的过程。
在现代工业和生活中，几乎所有的能源转换设备都是基于热力学循环原理设计和构建的。
本文将探讨热力学循环在实际应用和实践中的重要性以及一些常见的热力学循环。
一、热力学循环的应用1. 蒸汽动力循环蒸汽动力循环是最常见的热力学循环之一，广泛应用于火力发电站和核电站等能源领域。
蒸汽动力循环的基本原理是通过燃烧燃料产生热能，将水转化为蒸汽，然后利用蒸汽推动汽轮机转动发电机，最后利用冷凝器将蒸汽重新冷凝成水循环利用。
2. 气体轮机循环气体轮机循环是一种基于气体膨胀和压缩的热力学循环，其典型代表是燃气轮机循环和制冷循环。
燃气轮机循环适用于飞机发动机、船舶动力装置以及一些工业领域的能量转换。
制冷循环则广泛应用于空调和制冷设备。
3. 制冷循环制冷循环是一种热力学循环，它可以将低温热量转移到高温区域，实现冷却效果。
制冷循环被广泛应用于食品加工、医药冷链、航空航天和低温科学研究等领域。
4. 有机朗肯循环有机朗肯循环是一种利用有机工质替代常规热力学循环中的水蒸汽来实现能量转换的循环方式。
有机朗肯循环广泛应用于地热发电、太阳能发电和工业余热回收等领域，具有更大的灵活性和适应性。
二、热力学循环的实践1. 提高能量利用效率通过对热力学循环原理的深入研究和实践，可以有效地提高能源转换设备的能量利用效率。
例如，通过优化蒸汽动力循环中的锅炉和汽轮机参数，可以提高火力发电站的发电效率，并减少对化石燃料的消耗。
类似地，对燃气轮机的循环效率进行改进，可以实现燃气轮机的高效率运行。
2. 减少环境污染热力学循环的实践还可以帮助减少环境污染。
通过安装脱硫装置和氮氧化物减排装置，可以降低火力发电厂中的二氧化硫和氮氧化物排放量。
同时，采用先进的燃气轮机循环和发动机技术，可以减少大气中的污染物排放，保护环境。
3. 推动新能源发展热力学循环在新能源领域的应用与实践对推动可持续发展具有重要意义。
化工热力学习题参考答案 第六章
B.只有当μ>0，经节流膨胀后，气体温度才会降低
C.在相同初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大
D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降
38、(1分)某真实气体流过节流阀，其参数变化为(
A.△S＝0
Thankyouforyoursupport!
)。
B.△T＝0
243K，经可逆绝热压缩后，冷凝至303K，过冷到298K,再经节流阀节流后，回蒸
（4）如压缩过程不是可逆绝热压缩，等熵效率η=0.8，其余条件不变，试计算压
缩机消耗的功率（kw）和此装置制冷系数，并在（1）的T-S图上标出此过程。（6
分）
已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg，凝器出口过冷氨的冷
A．锅炉加热锅炉进水
C.冷凝器加热冷凝水
B．回热加热器加热锅炉进水
D.过热器再加热
28、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变，比原冷凝压力下的饱和温度
。低了5度，则制冷循环
A.冷量增加，功耗不变B.冷量不变，功耗减少
C.冷量减少，功耗减小D.冷量增加，功耗增加
29、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变，比原冷凝压力下得饱
环的__________
A节流阀B膨胀机C压缩机
24、(1分)对于蒸汽动力循环要提高热效率，可采取一系列措施，以下说法不正确的是
（
）
(A)同一Rankine循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力
(B)同一Rankine循环动力装置，可提高乏气压力。
(C)对Rankine循环进行改进，采用再热循环。
12、(1分)单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成
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
表或计算2单级压缩TS图
等熵效率ηs
hs =
- Ws ' = - Ws
H1 H1 -
H2 ' H2
（6-8）
实际Rankine循环热效率
h = - (Ws + Wp ) = (H1 - H2 ') + (H3 - H4 ) = H1 - H2 ' （6-9）
Q1
H1 - H4
H1 - H4
6.1 蒸汽动力循环
例6-1 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
高温的过热蒸汽1。
（2）膨胀作功：过热蒸汽1 在透平膨胀
机中经绝热可逆膨胀，成为低温低压的湿蒸
汽2（工程上习惯称乏气），同时对外作功。
（3）低温放热：膨胀后的乏气在冷凝器 中放热冷凝，成为饱和水3，冷凝放出的热
6.1 蒸汽动力循环
3. 理想Rankine循环过程能量平衡方程
1—2过程：气轮机中工质作等熵膨胀
6.1 蒸汽动力循环
3点（饱和液体） ： p3=4kPa H3= Hl =121. 46 kJ/kg
S3=Sl=0.4226kJ/(kg·K)
4点（未饱和水）
方法1
H4=H3+Wp=H3+V(p4-p3)
= 121.46+0.001004× (4000-
t4)=125.52.k5MJ/Pkag
蒸汽动力循环：
以水蒸汽为工质，将热能连续不断转
换成机械能的热力循环。主要为如各种热机。
大型化工厂、火力发电厂，为全厂提
供动力、共热及供应工艺用蒸汽。
制冷循环：
6.1 蒸汽动力循环
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
化工热力学6Chapter6蒸汽动力循环与制冷循环(New)
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.
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
化工热力学习题参考答案
欢迎大家来到共享资源第六章蒸汽动力循环和制冷循环――――会员：newsusan一、选择题共43小题,43分1、1分对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度,则其热效率 A.有所提高,乏气干度下降B.不变,乏气干度增加 C.有所提高,乏气干度增加D.热效率和干度都不变2、1分节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹; B.μ<0A.μ=0 C.μ>03、1分对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度,则其热效率 A.有所提高,乏气干度下降B.不变,乏气干度增加 C.有所提高,乏气干度增加D.热效率和干度都不变4、1分14.节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹;A.μ=0 C.μ>05、1分理想的Rankine 循环工质是在汽轮机中作_____膨胀 A A 等温 等温B 等压 B 等压 B 降低C 等焓 C 等焓 C 不变D 等熵 D 等熵6、1分节流膨胀的过程是不计流体位差等速度变化,可近似看作______过程7、1分流体作节能膨胀时,当μ＞0,节流后温度A 升高B.μ<0..8、1分气体经过稳流绝热过程,对外作功,如忽略动能和位能变化,无摩擦损失,则此过程 气体焓值 A.增加B ．减少 C ．不变D.不能确定9、1分Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成 A A A正确 正确 正确B 错误 B 错误 B 错误10、1分吸收式制冷将热由低温物体向高温物体,冷凝器置于低温空间 11、1分蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间,冷凝器置于低温空间 12、1分单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成 A 正确B 错误13、1分在相同的温度区间工作的制冷循环,制冷系数以卡诺循环为最大 A正确B 错误14、1分吸收式制冷采用吸收器、解吸器、溶液泵和换热器,替代蒸汽压缩制冷装置中的压缩 机构成 A正确B 错误15、1分热泵的工作目的是供热,有效的利用低品味的能量,因此热泵的工作原理循环过程不 同于制冷装置;Thankyouforyoursupport 会员：newsusanforbergA正确B错误16、1分冬天,使室温由10℃升至20℃,空调比电加热器更省电;A正确B错误17、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;B.只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大;D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;18、1分作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机即蒸汽透平机中抽出部分蒸汽去A．锅炉加热锅炉进水B．回热加热器加热锅炉进水C.冷凝器加热冷凝水D.过热器再加热19、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变,比原冷凝压力下的饱和温度;低了5度,则制冷循环A.冷量增加,功耗不变B.冷量不变,功耗减少C.冷量减少,功耗减小D.冷量增加,功耗增加20、1分关于制冷循环,下列说法不正确的是A冬天,空调的室外机是蒸发器;B夏天,空调的室内机是蒸发器;C冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由冷凝器吸收的热提供的;D冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由蒸发器吸收的热提供的;21、1分对于蒸汽动力循环要提高热效率,可采取一系列措施,以下说法不正确的是A同一Rankine循环动力装置,可提高蒸气过热温度和蒸汽压力B同一Rankine循环动力装置,可提高乏气压力;C对Rankine循环进行改进,采用再热循环;D对Rankine循环进行改进,采用回热循环;22、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变,比原冷凝压力下得饱和温度低了5℃,则循环获得的A冷量增加,功耗增强B冷量不变,功耗减小C冷量减小,功耗降低D冷量增加,功耗不变23、1分吸收式制冷循环中解吸器,换热器,吸收器和泵这一系统的作用相当于另一类制冷循环的__________A节流阀B膨胀机C压缩机24、1分对于蒸汽动力循环要提高热效率,可采取一系列措施,以下说法不正确的是A同一Rankine循环动力装置,可提高蒸气过热温度和蒸汽压力B同一Rankine循环动力装置,可提高乏气压力;C对Rankine循环进行改进,采用再热循环;D对Rankine循环进行改进,采用回热循环;25、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;Thankyouforyoursupport会员：newsusan forbergB.只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大;D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;26、1分一封闭体系经过一变化,体系从25℃恒温水浴吸收热量8000kJ,体系熵增25kJ/K,则 此过程是;A.可逆的B.不可逆的C.不可能的27、1分作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机即蒸汽透平机中抽出部分蒸汽去A ．锅炉加热锅炉进水 C.冷凝器加热冷凝水B ．回热加热器加热锅炉进水 D.过热器再加热28、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变,比原冷凝压力下的饱和温度 ;低了5度,则制冷循环A.冷量增加,功耗不变B.冷量不变,功耗减少C.冷量减少,功耗减小D.冷量增加,功耗增加29、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变,比原冷凝压力下得饱 和温度低了5℃,则循环获得的A 冷量增加,功耗增强B 冷量不变,功耗减小C 冷量减小,功耗降低D 冷量增加,功耗不变30、1分相同的压力下,对外作功的绝热膨胀比节流膨胀温度降低程度______ A 大 A 流体 A 单位制冷量 剂选择要求 A 沸点低 A 功B 冷凝压力低 B 热能C 汽化潜热大 C 机械能;D 较低的临介温度34、1分30.吸收式制冷是消耗_______而实现制冷的目的35、1分如当地冷却水温度为常年18℃,则氨制冷循环的冷凝温度应选 ℃；℃；℃；℃;;B 小 B 汽液混合状态C 相同C 饱和蒸汽或过热蒸汽C 压缩机消耗功率D 制冷系数31、1分制冷剂进入压缩机时的状态是______ 32、1分评价蒸汽压缩制冷循环的技术经济指标是______B 制冷剂每小时循环量33、1分蒸汽压缩制冷循环的性能与制冷剂的热力学性质密切相关,下列哪个条件不符合制冷36、1分如被冷物系要求达-15℃,则制冷循环中氨的适宜蒸发温度为 ℃；℃；℃；℃;37、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是 A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降 B.只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低 C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大 D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降 38、1分某真实气体流过节流阀,其参数变化为A.△S ＝0Thankyouforyoursupport;B.△T＝0会员：newsusanforbergC.△H＝0却和冷凝放出的热量A大于A正确B错误D.△U＝0制冷剂冷39、1分蒸汽压缩制冷循环过程中,制冷剂蒸发吸收的热量一定B等于C小于40、1分评价蒸汽动力循环的经济性指标是热效率和汽耗率,热耗率越高,汽耗率越高41、1分对膨胀作功过程,等熵效率的定义是不可逆绝热过程的作功量与可逆绝热过程的作功量之比;A正确B错误42、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;B只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大,适合大、中型气体液化,后者适合普冷循环,小型深冷;D节流膨胀在汽液两相区、液相区均可用,设备简单,操作方便,等熵膨胀使用时不能有液滴,设备复杂;E任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;43、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;B只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大,适合大、中型气体液化,后者适合普冷循环,小型深冷;D节流膨胀在汽液两相区、液相区均可用,设备简单,操作方便,等熵膨胀使用时不能有液滴,设备复杂;E任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;二、填空题共2小题,2分1、1分工业上常用的两种制冷循环是和;三、判断题共2小题,2分1、1分冬天,使室温由10℃升至20℃,空调比电加热器更省电;2、1分p－V图只能显示所作的功,而T-S图既显示体系所吸取或释放的热量,又显示体系所作的功,所以温熵图在蒸汽动力循环和冷冻循环广泛使用;四、名词解释共2小题,2分1、1分提高汽轮机的进汽温度和进汽压力可以提高蒸汽动力循环效率A正确B错误Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg2、1分气体从高压向低压作绝热膨胀时,膨胀后气体的压力温度必然降低A正确B错误五、简答题共3小题,16分1、5分理想朗肯Rankine循环有哪四个设备组成简述该循环的工作原理必要时可以画图说明;2、6分简述氨压缩制冷循环主要步骤和设备可用图说明六、计算题共21小题,265分1、18分有一氨压缩制冷循环装置,其制冷量为80000kJ/hr;发器;请:1在T-S图上表示此循环过程；4分2计算压缩机消耗的功率kw4分；3计算制冷系数；4分氨的蒸发温度是243K,经可逆绝热压缩后,冷凝至303K,过冷到298K,再经节流阀节流后,回蒸4如压缩过程不是可逆绝热压缩,等熵效率η=,其余条件不变,试计算压缩机消耗的功率kw和此装置制冷系数,并在1的T-S图上标出此过程;6分已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg,凝器出口过冷氨的冷焓是540kJ/kg.2、20分设一制冷能力冷冻量为50000kJ/h带节流阀的氨冷冻循环装置,蒸发温度-15C,冷凝温度25C,过冷度为5C;假设压缩机绝热不可逆运行,其等熵效率为80%;求1在T-S图上表示此循环过程；5分2每小时制冷剂的循环量5分3压缩机功耗；5分4循环制冷系数;5分已知压缩机进口处氨的焓为1644kJ/kg,如果经可逆绝热压缩出口处氨的焓为1866kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是kg.3、12分设一制冷能力冷冻量为41800kJ/h带节流阀的氨冷冻循环装置,蒸发温度-15C,冷凝温度25C,过冷度为5C;假设压缩机绝热不可逆运行,其等熵效率为80%;求1在T-S图上表示此循环过程；3分2每小时制冷剂的循环量3分3压缩机功耗；3分4循环制冷系数;3分已知压缩机进口处氨的焓为1644kJ/kg,如果经可逆绝热压缩出口处氨的焓为1866kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是kg.5、13分13分设有一制冷能力冷冻量为41800kJ/h的氨冷冻循环装置,蒸发温度-15℃,冷凝温度25℃,过冷度为5℃;假设压缩机可逆绝热运行,膨胀为节流等焓过程;求：1在T-S图上表示此循环过程；2每小时制冷剂的循环量；3压缩机功耗；Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg4循环制冷系数;已知压缩机进出口处氨的焓分别为1644kJ/kg,1866kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是kg.6、12分12分在T-S图上画出下列各过程所经历的途径注明起点和方向,并说明过程特点：如ΔG=01饱和液体节流膨胀；2饱和蒸汽可逆绝热膨胀；3从临界点开始的等温压缩；4过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体压力变化可忽略;7、8分某人称其设计了一台热机,该热机消耗热值为42000kJ·kg的燃料30kg·h,可以产生的输出功率为170kW;该热机的高温与低温热源分别为670K和330K;试判断此热机是否合理;8、12分某动力循环的蒸汽透平机,进入透平的过热蒸汽为,400℃,排出的气体为饱和蒸汽,若要求透平机产生3000kW功率,问每小时通过透平机的蒸汽流量是多少其热力学效率是等熵膨胀效率的多少假设透平机的热损失相当于轴功的5%;9、12分有一氨压缩制冷循环装置,制冷量为100000kJ/hr;的蒸发温度是243K,其氨经可逆绝热压缩后,冷凝至303K,过冷到298K,再经节流阀节流,回蒸发器;试计算:1在T-S图上表示此循环过程；2每kg氨制冷量；3单位时间制冷剂的循环量和压缩机理论功率kw；4制冷系数;已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是540kJ/kg;10、12分12分在T-S图上画出下列各过程所经历的途径注明起点和方向,并说明过程特点：如ΔG=01饱和液体节流膨胀；2饱和蒸汽可逆绝热膨胀；3从临界点开始的等温压缩；4过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体压力变化可忽略;11、12分有一氨压缩制冷循环装置其制冷能力为100000kJ/h,氨蒸发温度是243K,蒸发器出口的氨饱和蒸汽经可逆绝热压缩、冷凝到303K,过冷到298K,再经节流伐等焓膨胀后回蒸发器;问：1如果压缩机进、出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是540kJ/kg,试求压缩机的理论功率和装置的制冷系数;5分2如果将氨的蒸发温度调整到253K,压缩过程仍为可逆绝热压缩,其余条件不变,试问压缩机的理论功率有何变化,为什么此时压缩机进、出口处氨的焓分别是1658kJ/kg和1912kJ/kg;3分3在T--S图上标出12二循环过程;、4分12、10分在25℃时,某气体的P-V-T可表达为PV=RT+×10P,在25℃,30MPa时将该气体进行节流膨胀,向膨胀后气体的温度上升还是下降13、12分将典型的蒸汽压缩制冷循环的T-S图分别在P-H图和H-S图上表示出来;14、12分某蒸汽压缩制冷循环,制冷量Q为3×10kJ·h,蒸发室温度为-15℃,冷凝器用水冷却,进口为8℃;若供给冷凝器的冷却水量无限大时,计算制冷循环消耗的最小功为多少如Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg果冷凝器用室温25℃空气冷却时,其消耗的最小功又是多少15、8分实际蒸汽压缩制冷装置中的膨胀过程,为何采用节流阀而不用膨胀机如果用膨胀机,请在T-S图上标出哪些面积代表膨胀机回收的功16、10分20．某压缩制冷装置,用氨作为制冷剂,氨在蒸发器中的温度为-25℃,冷却器中的压力为,假定氨进入压缩机时为饱和蒸汽,而离开冷凝器时为饱和液体,每小时制冷量Q为×10kJ·h;求：1所需的氨流率；2制冷系数;17、12分21．有一氨压缩制冷机组,制冷能力Q为×10KJ·h,在下列条件工作：蒸发温度为-25℃,进入压缩机的是干饱和蒸汽,冷凝温度为20℃,冷凝过冷5℃;试计算：1单位重量制冷剂的制冷能力；2每小时制冷剂循环量；3冷凝器中制冷剂放出热量；4压缩机的理论功率；5理论制冷系数;18、12分22．压缩机出口氨的压力为,温度为50℃,若按下述不同的过程膨胀到,试求经膨胀后氨的温度为多少1绝热节流膨胀；2可逆绝热膨胀;19、16分某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的饱和水,由泵从加压至进入锅炉,蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280℃;求：1上述循环的最高效率;2在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率,以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率;3若透平机是不可逆绝热操作,其焓是可逆过程的80%;求此时的循环效率;20、12分23.用简单林德循环使空气液化;空气初温为17℃,节流膨胀前压力P为10MPa,节流后压力P为,空气流量为·h按标准状态计;求：1理想操作条件下空气液化率和每小时液化量；2若换热器热端温差为10℃,由外界传入的热量为·kg,向对液化量的影响如何空气的比热Cp为·kg·K;T2P 3P145SThankyouforyoursupport会员：newsusan forberg参考答案一、选择题共43小题,43分1、1分C2、1分A3、1分C4、1分A5、1分D6、1分C7、1分B8、1分B9、1分A10、1分B11、1分B12、1分B13、1分A14、1分A15、1分B16、1分A17、1分D18、1分B19、1分A20、1分C21、1分B22、1分D23、1分D24、1分B25、1分D26、1分C27、1分B28、1分A29、1分D30、1分A31、1分C32、1分D33、1分D34、1分B35、1分C36、1分C37、1分D38、1分C39、1分C40、1分B41、1分A42、1分B43、1分DThankyouforyoursupport会员：newsusan forberg二、填空题共2小题,2分1、1分蒸汽压缩制冷,吸收制冷三、判断题共2小题,2分1、1分√2、1分√四、名词解释共2小题,2分1、1分A2、1分A五、简答题共3小题,16分1、5分蒸汽动力循环主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成; 1过热器透平机2冷凝器水泵334后;124水在水泵中被压缩升压;1进入锅炉被加热汽化,直至成为过热蒸汽锅炉2进入透平机膨胀作功;3作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水,再回到水泵中,完成一个循环;4六、计算题共21小题,265分2’24T4’5S 311、18分1如右图Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg2q=h1-h5=1644-540=1104kJ/kg w=h2-h1=1966-1644=322kJ/kgG=Q/q=80000/1104=hrW=wG=322=23333kJ/hr=3ξ=q/w=1104/322=4η==w/w ac=322/w ac,w ac=kgW=wG==29170kJ/hr=ξ=q/w=1104/=2’24T4’5S 312、20分η=HH;H'H1如左图H'=H+HH/η=1644+18661644/=Kg2m=Q/q=50000/HH=50000/1644=h3P=mW=mH'H=1644=h=4ε=q/W=HH/H'H=1644/1644=2’24T4’5S 313、12分η=HH;H'H1如左图H'=H+HH/η=1644+18661644/=Kg2m=Q/q=41800/HH=41800/1644=37Kg/h3P=mW=mH'H=371644=h=4ε=q/W=HH/H'H=1644/1644=5、13分1如右图Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg2m=Q/q=41800/HH =41800/1644=37Kg/h 3P=mW=mHH=3718661644 =8214KJ/h= 4ε=q/W=HH/HH =1644/18661644=24T4’ 5S316、12分解：1H=02S=03T=04P=07、8分解：从已知的条件,我们可以计算出该热机的效率,以及卡诺热机的效率,然后比较 两者的大小;η=热机的效率卡诺热机效率卡诺热机是效率最高的热机,显然该人设计的热机不合理;8、12分解：进出透平机的蒸汽状态见下图所示,焓、熵值从附录水蒸汽表中查到, 按稳流系统热力学第一定律对透平机进行能量衡算,ΔH=Q -W 则mHH=5%WW=W170 ==Q42000×30 3600TT670330η=== T670m= 蒸汽流量按本题意,等熵膨胀的空气应该是湿蒸汽,即为饱和蒸汽和饱和水的混合物,此时熵值, 即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比例混合,从附录查得饱和蒸汽的熵 从饱和水性质表查得饱和液体的熵,设空气中气相重量百分含量为x, 则=×x+1-x× x=解得空气的焓值H=x×H+1-xH =×+×=·kg 定熵效率×3000×3600 =h=H S=kgK,S=kgKT42 1 653S9、12分①每kg 氨制冷量q=1644-540=1104kJ/kg,理论功耗w =1966-1644=322kJ/kg ②制冷剂循环量G=100000/1104=h 理论功率N =322/3600= ③制冷系数ζ=1104/322=10、12分解：11、12分1W =322kJ/kg,q=1104kJ/kg,G=h ,N=2W =254kJ/kg,q=1118kJ/kg,G=h,N=,ε=,ΔN=12、10分解；判断节流膨胀的温度变化,依据Joule-Thomson 效应系数μ; 由热力学基本关系式可得到：μ=T = PTVV T C将P-V-T 关系式代入上式,PV=RT+×10P →V= RT+×10 P ,其中RV = PTμ=T× R V RTPV×10×10P===<0CP×CCC可见,节流膨胀后,温度比开始为高; 13、12分解：压缩机的可逆绝热过程是等熵过程,节流过程常可看作为等焓过程,则循环可用如下P-H 和H-S 图表示; P32H2134S4 1H14、12分解：首先需要明确的是：在所有的制冷循环中,逆卡诺循环的制冷效率最高,即功 耗最小;循环效率有如下的关联式：ξ= T 蒸发温度Q 制冷量=T 冷凝温度TW 净功 按照传热原理,如果进出冷却器的冷却水量无限大,则不仅冷却水进出口温度接近相同, 而且被冷介质的温度也相同;因此当冷却水量无限大时,冷凝温度T =8+273K,所以最少净功当冷凝器用空气冷却时,冷凝温度近似等于室温25℃W N = 8+27315+273 ×3×104=h 115+273最小净功由计算结果可见,冷却温度越低,消耗功越小;但是空气冷却所用设备简单,如家用空调器, 冰箱采用散热片空气冷却,不过它们的能耗要比水冷却高许多;15、8分解：制冷装置的膨胀过程,采用节流元件如阀、孔板等主要考虑到节流设备简单, 装置紧凑;对于中小型设备而言,这个膨胀功是不值得回收的,功量不大,但是设备投资要增 加许多;因此,大多不采用膨胀机;在下面的T-S 图上,节流元件膨胀过程如3→4,是等焓过程,而膨胀机膨胀过程如3→4′, 是等熵过程;膨胀机回收的功量如阴影部分积分;W=25+27315+273 ×3×10=h 15+273T234′41S16、10分解：通过NH 的P-H 图可查到各状态点焓值;按照题意,氨进入压缩机为饱和状态1,离开冷凝器为饱和状态3; 氨在蒸发器中的过程即4→1H=1430KJ·kg H=1710KJ·kg氨在冷凝器中的过程即2→3,H =H=320KJ·kg×10G====hqHH1430320氨流率qHH14303201110 ξ===== WHH17101430280制冷系数P -25℃43 21注：求解此类题目：关键在于首先确定各过程状态点的位置,然后在P-H 图或T-S 图上查到 相应的焓或温度、压力值,进行计算;17、12分解：首先在P-H 图或T-S 图上按照已知条件定出各状态点; 查得H=1430KJ·kg H=1680KJ·kg冷凝出来的过冷液体过冷度为5℃状态3′的决定：假设压力对液体的焓值几乎没有影响,从状态3沿着饱和液体线向下过冷5℃,找到3′′,用此点的焓值近似代替3′的焓值,由于过冷度 是有限的,实际上3′和3′′很接近,不会造成太大的偏差;3′′→4仍为等焓膨胀过程, H=H=270kJ·kg制冷能力q=H-H=1430-270=1160KJ·kgQ4×10G===h q1160 制冷剂循环量冷凝过程即2→3′,放出热量Q=H -H G=270-1690=-48645KJ·hGHH16801430==压缩机功率HH14302701160 ξ====HH16801430250 制冷系数N=绝热节流膨胀过程是等焓过程,从P-H 图上沿着等焓线可找到终态2为、12分解：1 温度为30℃;P1MPa2’ -33℃2 50℃30℃1 H2可逆绝热膨胀过程是等熵过程,同样沿着等熵线可找到终态2′为时,温度为-33 ℃;1各状态点的热力学性质,可由附录水蒸汽表查得19、16分解：H=kgHH=∫VdP=VPP=×10××10=kgH=+kg 由于液体压力增加其焓增加很少,可以近似H=H H=kgS=kgK该循环透平机进行绝热可逆操作,增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高; S=S=,由,查得 气相,S=kgK S=kg查饱和蒸汽性质表 查饱和水性质表内插液相,气相含量为xKS=x×S+1xS=x×+1x×= x=H=xH+1xH=×+1×=kgη=H == H 冷凝器压力,饱和温度为℃；锅炉压力,饱和温度为℃;卡诺循环运行在此两温度之间,卡诺循环效率T ==η= +273T若卡诺循环运行在实际的二个温度之间,其效率为η=TTT=280=280+2733不可逆过程的焓差为H-H,而吸收的热仍为HH,因此效率η=HH =×= HH20、12分解：简单的林德循环T-S图如上表示：对于空气从T-S图上可查得各状态点的焓值状态点120性状过热蒸汽过热蒸汽饱和液体T／K290290P／MPa10H／KJ·kg46043542 x=1理论液化量HH46043525 ===HH46042418 kg液体／kg空气h1G==h1×103m3mol1空气流量/windows/ie_intl/cn/start/>液化量：2外界热量传入造成冷量损失Q,Q=·kg换热器热端温差造成热交换损失Q, Q=Cp×ΔT=×10=10KJ·kg实际液化量G×x=×29×=70ghx=HHHH=36043510=kg46042实际液化量：G×x=×29×=h。
热力学循环的应用和实际案例
热力学循环的应用和实际案例热力学循环是热力学领域的重要概念，它描述了热力学系统在一系列热量和功的交换下所经历的过程。
热力学循环的应用广泛，涵盖了许多领域，包括能源产业、工业制造、环境保护等。
本文将介绍热力学循环的基本原理，并通过实际案例来展示其应用。
一、热力学循环的基本原理热力学循环是指将工质在一系列的状态变化和能量转换过程中带来的功和热量交换，最终回到初始状态的过程。
常见的热力学循环包括卡诺循环、布雷顿循环等。
这些循环通常由一台或多台热机完成，其工作流程可以用图表和数学公式来描述。
在热力学循环中，热量的传递是通过热机与外界的热源和冷源之间的接触完成的。
工质在循环过程中通过吸收热量来扩大，同时通过放出热量来收缩。
通过这种方式，热力学循环实现了能量转换和功的产生。
二、热力学循环的应用实例1. 燃气轮机燃气轮机是利用燃烧燃料产生高压高温气体，通过高速旋转的轴承完成功的产生的设备。
它是热力学循环在能源产业中的重要应用之一。
燃气轮机的工作原理基于布雷顿循环，其工作流程包括压缩、燃烧、膨胀和排放等阶段。
2. 蒸汽动力循环蒸汽动力循环是利用水蒸汽在不同压力下的相变来产生功的过程。
蒸汽动力循环广泛应用于电力行业，例如火电站和核电站。
常见的蒸汽动力循环包括朗肯循环和克劳修斯-兰兹循环等。
3. 制冷循环制冷循环是应用热力学循环原理来实现空间制冷或物品降温的过程。
常见的制冷循环包括压缩制冷循环和吸收制冷循环。
压缩制冷循环利用制冷剂在压缩和膨胀过程中吸收和释放热量来实现制冷效果。
4. 地热能利用地热能是指地壳中蕴藏的热能资源，通过地热循环将地热能转化为电力或热能。
地热循环的工作原理是利用地热水的高温和高压状态，通过地热发电设备将热能转化为电能。
这一技术在地热能利用领域具有重要的应用前景。
5. 热泵系统热泵系统是一种将低温热能转化为高温热能的设备，应用于室内空调、供暖等领域。
热泵系统利用热力学循环原理，将低温热量从环境中吸收，压缩升温后释放高温热量。
6 蒸汽动力循环
节流膨胀采用节流阀，结构简单，操作方便，可
用于汽液两相区工作；而膨胀机结构复杂，设备投资
大，只能用于气体的膨胀。
通过上述分析可以看出，两种膨胀过程各有优缺 点。在实际制冷过程中，通过技术经济分析，选择其 中的一种膨胀装置。通常情况下，节流膨胀用于普通 的制冷循环，如空调、冰箱等。对外做功绝热膨胀过 程用于大、中型气体液化过程。由于膨胀机不适用于 有液体存在的场合，一般将对外做功绝热膨胀同节流 膨胀结合使用。
Since
S1 S2
S4 S3
S3 S3 S2 S4 S1 S1
WN (TH TC )S1
c
WN QH
TH TC TH
1 TC TH
《物理化学》课程中的Carnot Cycle 是什么？如何推 导出Carnot Cycle的热机效率？
二、朗肯循环(Rankine Cycle)
Chapter 6
蒸汽动力循环与制冷循环
Steam-power Cycle and Vapor-compression Refrigeration Cycle
6.1 蒸汽动力循环(Steam-power Cycle))
蒸汽动力循环：用蒸汽将热转化为功的循环。
蒸汽动力 循环的示 意图
2 QH 锅
炉
1
Fig The Schematic of Carnot Cycle
Carnot 循环的热机效率
Carnot循环的热力学分析：
分别对四个过程进行热力学分析。将每个过程中
的工作介质作为研究对象，它们都属于稳流体系。热
力学第一定律： H Q Ws
忽略流体 动能和势
热力学第二定律（即熵平衡方程）：
能变化
Carnot Cycle是一种可逆的蒸汽动力循环，提供了 蒸汽动力循环的最大热机效率，因此，可以用Carnot 循环作为标准，评价其它实际蒸汽动力循环的能量利 用率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3
冷凝器(等压)
QL
T
c
TH
4
1
透平
WS
2
特征：透平机与水泵处于 两相区操作，均易产生“ 浸湿”、“气蚀”而损坏 1 设备。
TL
3
2
T-S图表达
S
8.1 蒸汽动力循环－Rankine循环过程分析
8.1.1 Rankine循环
1
组成
循环过程
过热器
汽轮机
锅炉
T
1
2
冷
凝
4
器
4
3
水
3
泵
(a) 工作原理图
(b) T-S图
SSC 3600 kg kWh-1
WN
提高Rankine循环热效率的途径
carnot
1 TL TH
降低冷凝器温度 提高锅炉温度
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
热机 将热能转化为机械能等动力的装置
工厂、 交通工具、 居民、办公用电
热力循环过程 热机的工作循环 蒸汽动力循环 燃气动力循环 制冷 获得并保持低于环境温度的操作
制冷循环 输入外功实现从低温环境吸热排向高 温环境的循环
蒸汽动力循环
蒸汽压缩制冷循环
Carnot循环过程描述
QH
4 WC 水泵
锅炉(等压)
一号回热器
二号回热器
(a) 工作原理图
图 8-5
(b) T-S 图
图图图图图图图图图图图图图图
1-α1
6 8 2
S
8.1.2.2 再热循环
过热器
1' 汽轮机
再热器 1
T
5
锅炉
发电机
4
6
2’
1 1’ 56
冷凝器
冷却水
3
给水泵 3
(a) 工作原理图
(b) T-S图
图 8-7 再热循环图
2 2’
x2x2’
S
目前超高压(蒸汽初压为13MPa和24MPa或更高)的大型电 厂几乎毫无例外地采用再热循环
8.2 内燃机热力过程分析
内燃机 使用气体或液体燃料，在汽缸中以燃烧时生成 的燃气作为工质驱动循环的机械装置
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
内燃机是一个敞开系统
每一个循环都要从外界吸入工质，循环结束时将废气
排于外界 适合使用汽油
本章重点内容
1) 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。
2)了解Otto循环和Diesel循环燃气循环和燃气轮机过程 分析；
3) 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；
4) 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。
与蒸汽动力循环 不同
8.2.2 定压加热循环 Diesel循环
p2
3
p2
3
T
4
0
1
V
排气阀
2
4
1
1
进气阀
V
(a) 实际工作原理图
(b) p-V 图 图 8-9 图 图 图 图 图 图
依靠压缩后的高温空气使燃料着火燃烧，使 用柴油 现代高速柴油机既有定压加热又有定容加热 混合加热循环
3 4
S (c) T-S 图
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。
根据Clausius对热力学第二定律的描述，要使热量从 低温物体传到高温物体，必须提供机械能或热能作为 代价。
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。习惯上，制冷温度在-100℃以上者，称为普冷， 低于-100℃者称为深冷。制冷广泛应用于化工生产中 的低温反应、结晶分离、气体液化以及生活中的冰箱、 空调、冷库等各方面。
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 ？
8.1.2 Rankine循环的改进
8.1.2.1 回热循环
1
过热器
汽轮机
发电机
T
1
锅炉
α1
7
水泵 3
6 9
水泵 2
α2 8
2 1-α1-α2
冷却水
3 冷凝器
水泵 1
4 α1
5
7 α2
9
1-α1-α2
3
柴油机 压燃式内 燃机
8.3 燃气轮机过程分析
以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机
油泵 2
燃烧室
3
p23
燃气轮机
1 叶轮式压气机
空气
(a)实际工作原理图
4 发电机 废气
1 (b) p-V图
T
4 V
3
2
4
1
S (c) T-S图
图8-10燃气轮机装置循环 燃气轮机装置循环的热效率仅与增压比β有关/β愈大，热效率愈高
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)
第8章 蒸汽动力循环与制冷循环
第8章 蒸汽动力循环与制冷循环
内容概要
将热能变为机械能必须通过循环才能完成，而组成 循环的热力过程主要是在热力原动机中进行的。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。其中以蒸汽动力循环最为主要，其研究对象不 是原动机的结构与构件，而是工质所经历的状态及其变 化过程。
工质从锅炉中吸收的)
热效率
T
WN QH
WS(R) Wpump QH
H2 H1 H4 H3
H1 H4
T
WS(R) QH
H1 H2 H1 H4
汽耗率 蒸汽动力装置中每输出1的净功所消耗的蒸汽量
图8-1 Rankine蒸汽动力循环装置
2’
2
S
1→2 过热水蒸汽在汽轮机内等熵膨胀，变成湿蒸汽，同 时对外作输出轴功
2→3 湿蒸汽在冷凝器内等压、等温冷凝，变成饱和液体水 3→4 冷凝水在水泵中等熵压缩，进回至锅炉 4→1 水在锅炉中吸收热量，完成预热、汽化、过热阶 段过程，变成过热水蒸汽
热力学分析