化工热力学 第六章 蒸汽动力循环与制冷循环

1
1kJ 1kW s kW h
3600
SSC 3600 kg /(kW h) WS
（6-6）
例题
6.1.1
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14
SSC 3600 kg /(kW h) WS
（6-6）
例题
显然，热效率越高，汽耗率越低，表明循环越 完善。
以上公式进行计算时，所需各状态点的焓值 查阅水蒸汽表（见附录）或水蒸汽的焓熵图。具 体确定的方法如下：
10
评价蒸汽动力循环的经济指标是热效率与汽耗率。
热效率是锅炉所供给的热量中转化为净功的分
率，用符号η表示
例题
Q1
WS
对环境做的净功
从环境吸收的热量
Q2 WP
6.1.1
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11
（WS WP） (H1 H 2 ) (H3 H4 ) （6-5a）
Q1
H1 H4
例题
Q1
WS
对环境做的净功
从环境吸收的热量
Q2 WP
6.1.1
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12
（WS WP） (H1 H 2 ) (H3 H4 ) （6-5a）
Q1
H1 H4
蒸汽动力循环中，水泵的耗功远小于汽轮机的
做功量（Wp<<WS），水泵的耗功常忽略不计，即 Wp ＝0，则
例题
WS H1 H 2
6.1.1
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15
❖状态点1，根据p1、t1值可查得H1、S1值； ❖状态点2，根据p2，而S2=S1，可得H2、t2；
❖状态点3，根据p3= p2，
等压线与饱和液体线的
1
交点，可确定H3、S3；
4
❖状态点4，p4= p1，
3
2
S4=S3；由p4、S4值可确
定H4、S4值。
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学分析，不涉及设备的具体细节。
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6
4
6.1 蒸汽动力循环
6.1.1 Rankine循环及其热效率
Rankine循环是最简单的蒸汽动力循环。由锅 炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成。该装置的 例题
示意图及循环的T-S图、H-S图表示于图6-1的(a)(b)(c)。
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例题
6.1.1
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
HH
1 2
Hu2
2Hg1kZJ
/kQg （W工S质）
（6-1）
例题
Q
H1 H4
（6-5b）
6.1.1
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13
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表示
蒸汽动力装置输出的净功是：
WS WP WP WS WS kJ / kg
那么，输出1kJ的净功所消耗的蒸汽量应为：
1kW 1kJ / s
1 kg / kJ
Ws
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6.1.1
7
2~3过程：湿蒸汽在冷凝器中等压等温冷 凝，工质冷凝的放热量
Q2HH
1 2
Hu32Hg2kJZ/
kgQ（工W质S ）
（6-2）
例题
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6.1.1
8
3~4过程：饱和水在水泵中作可逆绝热压缩，
水泵消耗的压缩功
W由P于水H的H不12可Hu压2缩4性gH，Z3压kJ缩/Q过k程gW中(S水工的质容)积（变6化-3a）
（6-8）
H1 H4
H1 H4
Q1
例题
6-1 6-2
WS (不)
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6.1.1
20
Q1
WS
Q2 WP
例题
H1 H2'
H1 H4
T1, p1 H1
p2 H 2' , H 4
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例题
6.1.1
16
实际上，工质流动中由于存 在摩擦、涡流、散热等因素， 汽轮机及水泵不可能作等熵膨 胀及等熵压缩，水泵消耗的功 量对汽轮机的作功量相比而言 很小，可忽略不可逆的影响， 但对汽轮机需考虑膨胀过程的 不可逆性。工程上，通常用等
熵效率ηS 来表示。
等熵效率ηS 的定义：“对膨胀作功过
200C
Q
400C
制冷循环
普冷：T0 T体系 1000C
深冷：T体系 100 C 例题
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
库等各个方面。
6
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3
本章主要介绍这两类循环的工作
例题
原理、循环中工质状态的变化、能量
转换的计算以及对循环过程进行热力
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6.1.1
5
进锅炉的压缩水4在锅炉和过热器中等压吸 热变为高温高压的过热蒸汽1， 进入汽轮机作绝热膨胀， 推动叶轮输出轴功，汽 轮机出口蒸汽是处于低 压下的湿蒸汽2（工程上 也称乏气），
然后进入冷凝器等压冷 凝成饱和水3，冷凝放出 的热量被冷却水带走，
低压饱和水3经水泵升压 成压缩水4又进入锅炉， 工质水在蒸汽动力装置 中完成一次封闭循环。
很小，消耗的压缩功亦可按下式计算
例题
WP
p4Vdp
p3
V水 ( p4
p3 )
（6-3b）
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6.1.1
9
4~1过程：锅炉中水等压升温和等压汽化，工
质在锅炉、过热器中的吸热量
Q1
HH
1 2
Hu12Hg4kZJ
/kQg
(W工S质)
（6-4）
例题
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6.1.1
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6.1.1
18
WS (不)
H1
H
' 2
WS (可) H1 H 2
S
WS (不) WS 可
H1 H1
H
' 2
H2
（6-7）
例题
WS (不) WS (可)
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6.1.1
19
实际的Rankine循环的热效率
H1
H
' 2
(H3
H4)
H1
H
' 2
第六章 蒸汽动力循环与制冷循环 例题
§6.1
§6.2
§6.3
§6.4
6
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1
蒸汽机是从所周知的 那么，蒸汽机的原理是什么呢？
或者说： 热能
？ 机械能
动力循环过程
最常见的
蒸汽动力循环
化工企业能量综合利用的主要手段之一
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例题
6
2
制冷也是从所周知的 那么，怎么使体系的温度低于环境的温度呢？
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”。
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例题
6.1.1
17
实际的Rankine循环在T-S 图及H-S 图，如
图（b）、（c）中的12ˊ341所示。那1-2ˊ过程
中工质的做功量
H
1WSu(不 2 )
2WS (可)
gHZ1QH2'WS
H1 H2
例题
WS (不) WS (可)