第六章 蒸汽动力循环与制冷循环
1 第六章 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1蒸汽动力循环 6.2节流膨胀与作外功的绝热膨胀 6.3制冷循环 6.4深冷循环
2 6.1 蒸汽动力循环 6.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀 6.3 制冷循环 6.4 深冷循环
6.1蒸汽动力循环 6.1.1 朗肯循环及其热效率 朗肯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。 该图的示意图及T-S图、H-S图表示如下
3 6.1 蒸汽动力循环 6.1.1 朗肯循环及其热效率 朗肯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。 该图的示意图及T-S图 、H-S图表示如下
过热器 气轮机 铅 M 2冷凝器 4 水泵 3
4 气轮机冷凝器 水泵 锅炉过热器 1 2 3 4
1.进锅炉的压缩水4在锅炉中等压 吸热变为高温高压过热蒸汽1；进入 气轮机作绝热膨胀，汽轮机出口蒸 T-S图 汽是低压下的湿蒸汽2，又称之为乏 T 气： 2.2点的乏汽进入冷凝器等压冷凝成 4 饱和水3： T 3.冷凝器放出的热量被冷却水冷却， 低压饱和水3经水泵升压 丁故 3 2 4.升压后成压缩水4又进入锅炉； 工质水在蒸汽动力装置中完成一次 S 封闭循环
5 T-S图 T T T放 S 1 3 4 1. 进锅炉的压缩水4在锅炉中等压 吸热变为高温高压过热蒸汽1；进入 气轮机作绝热膨胀，汽轮机出口蒸 汽是低压下的湿蒸汽2，又称之为乏 气； 2.2点的乏汽进入冷凝器等压冷凝成 饱和水3； 3.冷凝器放出的热量被冷却水冷却， 低压饱和水3经水泵升压 4. 升压后成压缩水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。 2 2’
1-2过程：蒸汽中工质作等熵膨胀， 对外做功量 W、=H=H2-HkJ/kg 2-3过程：湿蒸汽在冷凝器中的 等压等温冷凝，工质冷凝放热量。 2 AH=H3-H,kJ/kg 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 Wp AH Ha-HkJ/kg 把水看作是不可压缩流体，则 4-1过程：锅炉中水等压 升温和等压气化，工质 W。=dP=V(e-P)kJ/kg 在锅炉中的吸热量 O=AH=H -H kJ/kg 6
6 1 2 2’ 4 S T 1-2 过程：蒸汽中 工质作等 熵膨胀， 对外做功量 Ws = H = H2 − H1 k J / k g 2-3过程： 湿蒸汽在冷凝器中 的 等 压等 温冷凝，工质冷凝放热量。 Q H H H k J / k g 2 = = 3 − 2 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 把水看作是不可压缩流体，则 WP = H = H4 − H3 k J / k g W VdP V(P P )k J k g P P P / 4 3 4 3 = = − 4 -1过程：锅炉中水等压 升温和等压气化，工质 在锅炉中的吸热量 Q1 = H = H1 − H4 kJ / k g 3
热效率 定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量 7=-m+m_-A)+,-H) Q H-Ha 蒸汽动力循环中，水泵的耗功量远小于汽轮机的做功量 7≈ W= H,-H2 2 H1-H4 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，它是评价蒸汽动力装置的一个重要指 标
7 定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量 热效率 蒸汽动力循环中，水泵的耗功量远小于汽轮机的做功量 1 4 1 2 1 H H H H Q Ws − − = − 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，它是评价蒸汽动力装置的一个重要指 标。 ( ) ( ) ( ) 1 4 1 2 3 4 1 H H H H H H Q Ws WP − − + − = − + =
汽耗率 作出单位量净功所消耗的蒸汽量称为汽耗率，用SSC (Specific Steam )Consumption)表示。 SSC= kg/kJ=3600 1 -W kg/(kw.h) -W 当对外作出的净功相同时，汽耗率大的装置其尺寸相 应增大。所以汽耗率的高低可用来比较装置的相对尺寸大 小和过程的经济性。 工质为水蒸气 因为水蒸气不是理想气体，气体的性质不能用理想气体方程 计算，需要通过热力学图表或实际流体的状态方程求得
8 汽耗率 作出单位量净功所消耗的蒸汽量称为汽耗率，用 SSC (Specific Steam Consumption)表示。 kg /(kW h) W 3600 kg / kJ W 1 SSC − = − = 当对外作出的净功相同时，汽耗率大的装置其尺寸相 应增大。所以汽耗率的高低可用来比较装置的相对尺寸大 小和过程的经济性。 工质为水蒸气 因为水蒸气不是理想气体，气体的性质不能用理想气体方程 计算，需要通过热力学图表或实际流体的状态方程求得
计算方法 状态点1， 根据P、t1值可查得H、S值， 状态点2， S2S1,根据P2、S2值可查得H2、t2值； 状态点3， P3=P2,查P3下的饱和液体可得L、V3、S3值； 状态点4， P4P1,S4S3,根据P4、S4可查得H4值；或 H4H3+W。=H3+V(P4-P3)
9 计算方法 状态点 1, 根据P1、t1 值可查得 H1、S1值; 状态点 2, S2=S1 ,根据P2、S2 值可查得 H2、t2值; 状态点 3, P3=P2 ,查P3下的饱和液体可得 H3、V3 、S3值; 状态点 4, P4=P1 ,S4=S3,根据P4、S4可查得 H4值;或 H4=H3+Wp=H3+V(P4-P3)
蒸汽通过汽轮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1-2'线表示。 水泵的耗功量远小于汽轮机的做功量，可不考虑不 可逆的影响。 蒸汽通过汽轮机膨胀，实际做出的功应为H,-H,', 它小于等熵膨胀的功H1一H2。两者之比称为透平机的等 熵效率。 -W,()H-H2 H-H2 实际Rankine循环的热效率 (H-H)+(H3-H4)H,-H H1-H4 H1-H4 10
10 蒸汽通过汽轮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1 - 2´线表示。 水泵的耗功量远小于汽轮机的做功量，可不考虑不 可逆的影响。 蒸汽通过汽轮机膨胀，实际做出的功应为H1 – H2´， 它小于等熵膨胀的功H1 – H2。两者之比称为透平机的等 熵效率。 ( ) ( ) 1 2 1 2 H H H H W W s s s − − = − − = 可 不 实际 Rankine 循环的热效率 ( ) ( ) 1 4 1 2 1 4 1 2 3 4 H H H H H H H H H H − − − − + − =