化工热力学课件第8章-蒸汽动力循环与制冷循环

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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。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

2、、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。©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

3、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。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QH1锅炉(等压)4WCWS水泵透平3冷凝器(等压)2QLT特征：透平机与水泵处于两相区操作，均易产生“c浸湿”、“气蚀”而损坏41TH设备。TL32ST-S图表达8.1蒸汽动力循环－Rankine循环过程分析8.1.1Rankine循环组成循环过程1过热器汽轮机1T

4、锅炉2冷凝器42’432水泵3S(a)工作原理图(b)T-S图图8-1Rankine蒸汽动力循环装置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汽轮机中工质对外作功量(过程1→2)-1−=WHΔ=−HH(kJkg)⋅S(R)21冷凝器中工质对外放热量-1QHHH=Δ=−(kJkg)⋅L32水泵消耗的压缩功量-1−=WHpumpΔ=−=−H4H3V3(p4p3)(kJkg)⋅工质从锅炉中吸收的热量

5、-1QH=Δ=HH−(kJkg)⋅H14热效率W−+WWS(R)(−pump)()HHHH−−−()N2143η===TQQH−HHH14−WH−HS(R)12η=≈TQH−HH14汽耗率蒸汽动力装置中每输出1的净功所消耗的蒸汽量3600-1SSC=⋅kgkWh()WN提高Rankine循环热效率的途径T降低冷凝器温度Lη=−1carnotTH提高锅炉温度平均吸热温度p′1pT1mp2x2′x2x2等效Carnot循环的平均吸热温度T1与1'点的压力高低？m8.1.2Rankine循环的改进8.1.2.1回热循环1-α18.1.2.2再热循环1'11’过热器汽轮机T再热器15锅炉564

6、发电机62’冷凝器322’冷却水x’给水泵23x2S(a)工作原理图(b)T-S图图8-7再热循环图目前超高压(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使用气体或液体燃料，在汽缸中以燃烧时生成内燃机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与蒸汽动力循环适合使用汽油不同8.2.2定压加热循环Diesel循环p23p23T3424014V

7、11排气阀进气阀VS(b)p-V图(a)实际工作原理图(c)T-S图8-9依靠压缩后的高温空气使燃料着火燃烧，使柴油机用柴油现代高速柴油机既有定压加热又有定容加热压燃式内混合加热循环燃机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p23T33燃烧室油泵燃气轮机224411叶轮式压气机发电机14空气VS废气(a)实际工作原理图(b)p-V图(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