化工热力学ch6-1蒸汽动力循环与制冷循环.ppt

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1、化工热力学化学化工学院主讲：戚玉华第三节：蒸汽动力循环本节内容：1、卡诺循环过程及能量分析2、郎肯循环过程及能量分析重点掌握：1、循环的各过程中工作介质状态的变化2、各过程的特点及各过程对外传热和作功的计算3、热效率的计算瓦特（1736～1819）萨迪.卡诺（1796～1832）请同学们课下查阅有关蒸汽机发展的资料一、卡诺循环简单的蒸汽动力循环装置及T-S图上的卡诺循环工作介质(简称工质):目前，广泛应用的蒸汽动力装置的是水。过程：水在锅炉中产生高压蒸汽；高压蒸汽在透平中进行膨胀对外产功；透平排出的废气(称乏汽)经冷凝器冷凝后，

2、由水泵送回锅炉。水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析（锅炉boiler）步骤1-2：装置：锅炉工质变化：水由饱和液体变成饱和蒸汽。过程特点：恒温可逆膨胀过程。在T—S图表示：水平线。传热：作轴功：水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析（Turbie透平机）步骤2-3装置：透平机工质变化：饱和蒸汽变成湿蒸汽状态。过程特点：可逆绝热膨胀过程，即等熵过程。在T—S图表示：垂直于S轴的线段。传热：零作轴功：水泵2341Ws,PumpWS

3、，Tur透平锅炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析（Condenser冷凝器）步骤3—4装置：冷凝器工质变化：湿蒸汽冷凝，终点4的湿度大于3。过程特点：等温可逆压缩过程。在T—S图上表示：水平线传热：作轴功：零水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析（Pump水泵）步骤4-1装置：水泵工质变化：由湿蒸汽变为饱和液体。过程的特点：可逆绝热膨胀过程(等熵过程)在T-S图表示：垂直于S轴的线段。传热：零。作轴功：水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLSTTL

4、TH4321循环过程作的净功为：过程与环境交换的热为：根据热力学第一定律，循环过程的故：结论一：整个动力装置产出的净功（透平产生的功和水泵消耗的功的代数和）等于锅炉吸收的热和冷凝器排放的热的代数值之和。能量分析65STTLTH4321结论二：卡诺热机的效率与工作介质的性质无关，只与高温热源的温度（TH）和低温热源的温度（TL）有关。热效率：工作介质在整个循环中对外所作净功与外界所加给工作介质的热量之比。卡诺热机的热效率为：已经证明卡诺循环是工作于相同温度的热源间效率最高的循环。但它却不能付之实践。原因：因此卡诺热机是一个理想的、

5、不能实现的热机，但其效率可以为实际热机效率提供一个作比较用的最高标准。STTLTH4321（1）点3对应于透平出口点，湿蒸汽中所含的饱和水较多将使透平发生浸蚀现象。实践表明，透平带水不得超过10％。（2）点4也在两相区(此点为水泵入口)．显然，汽水混合物不能用泵送入锅炉。二、郎肯(Rankie)循环郎肯循环装置及T-S图朗肯循环与卡诺循环主要的区别有两点：（1）加热步骤1-2，水在汽化后继续加热，使之成为过热蒸汽；（2）冷凝步骤3-4进行完全的冷凝。过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLST4321能

6、量分析（锅炉boiler）步骤l一2装置：锅炉+过热器工质变化：过冷水被加热到沸点，然后汽化，最后再由饱和蒸汽变成温度较高的过热蒸汽过程特点：恒压作轴功：零传热：ST4321过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qL能量分析（Turbie透平机）步骤2-3装置：透平工质变化：过热蒸汽变为湿蒸汽。但湿的乏汽含水量不太高。过程特点：绝热可逆膨胀（等熵过程）。传热：零作功：过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLST4321能量分析（Condenser冷凝器）步骤3－4装置：冷凝器工质

7、变化：由湿蒸汽变为饱和液体过程特点：恒压、恒温作轴功：零传热：ST4321过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qL能量分析（Pump水泵）步骤4-l：装置;水泵工质变化：饱和液体变为过冷液体。过程特点：可逆、绝热压缩过程传热：零作轴功：把水看作是不可压缩流体，则：过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅炉qH冷凝器qLST4321能量分析理想朗肯循环的热效率：蒸汽动力循环中，水泵的耗功量远小于汽轮机的作功量。热效率可近似为：热效率的高低可以反映出不同装置输出相同功量时所消耗的能量的多少，它是评

8、价蒸汽动力装置的一个重要指标。实际的郎肯循环（1）蒸汽通过透平机的绝热膨胀实际上不是等熵的，而是向着墒增加的方向偏移，用2→3´线表示。蒸汽通过透平机膨胀，实际做出的功应为h2–h3´，它小于等熵膨胀的功h2–h3。两者之比称为透平机的等熵效率。（2）水泵的耗功