第6章 蒸汽动力循环和制冷循环化工热力学.ppt

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1、第六章蒸汽动力循环和制冷循环2021/9/15第六章内容§6.1蒸汽动力循环§6.1.1Rankine(朗肯)循环§6.1.2Rankine循环的改进§6.2气体绝热膨胀制冷原理§6.2.1节流膨胀§6.2.2对外作功的绝热膨胀§6.3制冷循环§6.3.1蒸汽压缩制冷循环§6.3.2吸收制冷循环2021/9/15前言循环：体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。蒸汽动力循环：是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备是各种热机。产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂冷冻循环：是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其

2、主要设备是热泵。耗功的过程。-100℃以上为普冷，-100℃以下为深冷。2021/9/15前言如何将1atm300atm?需要压缩机，消耗动力。中国60年代，1500~1800度电/吨NH3。中国70年代，仅10~30度电/吨NH3。这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。蒸汽动力循环的作用：电高温热源废热锅炉，产生高压蒸汽压缩机透平机2021/9/15意义：中国50%的能源需要进口。中国的能源利用率仅是世界平均水平的50%。化工是耗能大户，仅次于冶金。提高能源利用率是当今的首要任务。应用：每吨NH3，耗电1500度高压蒸汽推动透平10~30度2021/9/15

3、流体通过压缩机、膨胀机∵u2≈0，gZ≈0，若绝热过程Q=0Ws=H=H2-H1高压高温蒸汽带动透平产生轴功。（流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量，称为轴功Ws。）§6.1蒸汽动力循环稳定流动体系的热力学第一定理：2021/9/15锅炉透平机水泵冷凝器过热器2341§6.1蒸汽动力循环34水在水泵中被压缩升压。41进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后。12进入透平机膨胀作功。2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。蒸汽动力循环原理蒸汽动力循环主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。2021/9/15锅炉水泵冷凝器透

4、平机2413原理水压缩水加热至过热蒸汽蒸汽作功蒸汽冷凝成水理想Rankine循环123TS4等S膨胀等S压缩可逆吸热相变34饱和水可逆绝热压缩过程。（等S）41高压水等压升温和汽化，可逆吸热过程12过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。（等S）23湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。§6.1.1Rankine(朗肯)循环2021/9/15卡诺循环的缺点TS锅炉加热4123透平机后的乏气,汽+液汽+液泵冷凝器透平机缺点之二:对于泵易产生气缚现象缺点之一:透平机要求干度X>0.9但2点的X<0.88易损坏叶片结论:卡诺循环不适合变热为功!2021/9/15（1）工质进汽轮

5、机状态不同（2）膨胀过程不同郎肯循环与卡诺循环的区别（3）工质出冷凝器状态不同（4）压缩过程不同（5）工作介质吸热过程不同郎肯循环：饱和水郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽略掉工作介质水的摩擦与散热，可简化为可逆过程。郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着等压线变化卡诺循环：湿蒸汽卡诺循环：等熵过程卡诺循环：气液共存卡诺循环：等熵过程卡诺循环：等温过程郎肯循环：干蒸汽郎肯循环：不可逆绝热过程2021/9/15锅炉透平机水泵冷凝器过热器2341WS可逆绝热膨胀功Q1Q2WP可逆绝热压缩功0稳流体系0理想Rankine循环2021/9/15锅炉透平机水泵冷凝器过热器2341WS膨胀功

6、Q1Q2WP压缩功123TS4abQ2WNQ1Q1=面积1ba41Q2=面积2ba322021/9/151TS234Ql越大，Q2越小，做的净功WN就越大。Ql受锅炉中金属材料的极限的限制，约550~600oC。Q2受为环境温度的限制。净功WN=IQ1（面积1ba41）-Q2（面积2ba32）I=面积12341ab理想Rankine循环WN2021/9/15理想Rankine循环的热效率η和气耗率SSC2、气耗率SSC：SpecificSteamConsumption作出1kW.h净功消耗的蒸气公斤数。评价动力循环的指标：热效率和气耗率。1、热效率η：循环的净功与工质

7、向高温热库吸收的热量之比2021/9/151TS234实际Rankine循环2’4’22’44’1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。这个不可逆性可用等熵效率ηs来表示。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。2021/9/151TS2342’4’等熵效率ηs实际Rankine循环的热效率η实际Rankine循环2021/9/15Q2（放热）Q1吸热实际Rankine循环1TS232’4