《發(fā)電廠熱力設備及系統(tǒng)》第二章 蒸汽動力循環(huán) 3

1、上節(jié)內容回顧ddQUWQUWquwquw totdjjiiQEe me mW 21totjjiiQEe me mW 熱力學第一定律的一般表達式系統(tǒng)內部各點狀態(tài)參數(shù)不隨時系統(tǒng)內部各點狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化的流動系統(tǒng)。間變化的流動系統(tǒng)。21QH+2shm cmg zW shW工質為單位質量工質為單位質量21+2shqhcg zw 焓： H=U+PV 比焓: hu+pv：軸功六、穩(wěn)定流動能量方程式的應用1.葉輪式機械蒸汽輪機12sthhww通常忽略不計進出口的動能差、位能差及系統(tǒng)向外散發(fā)熱量，可得：21+2shqhcg zw sh21whhq2.壓氣機，水泵類通常忽略不計進出口的動能差、位能差，可得：

2、21+2shqhcg zw 3.3.換熱器（鍋爐、加熱器等）換熱器（鍋爐、加熱器等）21+2shqhcg zw 交換熱量:Wsh=0，若忽略動能差、位能差可得:214312mmqhhqhh2HQ111342hhqhhqmm4.節(jié)流n與外界交換熱量忽略不計q=0，忽略動能差、位能差，與外界無功量交換：20hhh或21+2shqhcg zw 三、卡諾循環(huán)和卡諾定理重要結論：（1） 效率 只取決于 、 ，提高 和降低 都可以提高熱效率；（2） 循環(huán)效率小于1：（3） 當 = 時 ， =0，所以借助單一熱源連續(xù)做功的機器是制造不出來的。c2T1T1T2T1T2Tc121TTc結論： 在同樣的兩個溫度不

3、同的熱源間工作的在同樣的兩個溫度不同的熱源間工作的熱機，以熱機，以可逆熱機熱效率最大可逆熱機熱效率最大，不可逆熱，不可逆熱機的熱效率小于可逆熱機機的熱效率小于可逆熱機, ,它指出了在兩個它指出了在兩個溫度不同的熱源間工作的熱機熱效率的最溫度不同的熱源間工作的熱機熱效率的最高極限值。高極限值。 卡諾定理1、工質易獲得、不污染環(huán)境、應用廣泛、工質易獲得、不污染環(huán)境、應用廣泛 一、學習的意義及任務一、學習的意義及任務發(fā)電發(fā)電供熱供熱吸收制冷吸收制冷2、其熱力性質有代表性、其熱力性質有代表性、h、u、p、v、t等等參數(shù)求解不能按理想氣體處理參數(shù)求解不能按理想氣體處理二、幾個概念二、幾個概念汽汽 化化液

4、相變氣相的過程，汽化速度取決于液體的液相變氣相的過程，汽化速度取決于液體的溫度溫度凝凝 結結氣相變液相的過程，凝結速度取決于蒸汽的分氣相變液相的過程，凝結速度取決于蒸汽的分壓力壓力蒸發(fā)在液體表面進行的汽化過程。沸騰在液體表面及內部同時進行的汽化過程飽和狀態(tài)在密閉容器內，當汽化速度與凝結速度相等時的狀態(tài)。飽和參數(shù)達飽和狀態(tài)時的參數(shù)。如Ps、Ts 。Ps與Ts是單調增的關系，即 f(ps)=f(ts)飽和蒸汽達飽和狀態(tài)時的蒸汽飽和液體達飽和狀態(tài)時的液體三、水蒸汽的定壓生成過程1、水蒸氣的定壓生成過程stt2 2、汽化潛熱(r) 在某一壓力下，飽和液體定壓加在某一壓力下，飽和液體定壓加熱成干飽和蒸汽

5、所吸收的熱量。單位：熱成干飽和蒸汽所吸收的熱量。單位：(kJ/kg)(kJ/kg)sttsttsttstt未飽和水未飽和水飽和水飽和水濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽 過熱水蒸汽過熱水蒸汽 將將0.01C0.01C的純水，在某一壓力下定壓加熱，使之由未飽和的純水，在某一壓力下定壓加熱，使之由未飽和水變?yōu)檫^熱蒸汽，并且記錄下不同溫度時的水變?yōu)檫^熱蒸汽，并且記錄下不同溫度時的v v（尤其關注飽和（尤其關注飽和濕蒸汽的始、終點）熱量濕蒸汽的始、終點）熱量QQ等，便可在等，便可在p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖上得到一圖上得到一條等壓曲線。例如下圖中曲線條等壓曲線。例如下圖中曲線111111

6、線。線。 改變壓力，重復上面的過程便得到一系列這樣改變壓力，重復上面的過程便得到一系列這樣的曲線如的曲線如2222等。等。 將這些不同壓力下的飽和水狀態(tài)點（下飽和點）將這些不同壓力下的飽和水狀態(tài)點（下飽和點）聯(lián)結，再將不同壓力下的干飽和蒸汽點（上飽和點）聯(lián)結，再將不同壓力下的干飽和蒸汽點（上飽和點）聯(lián)結，便得到聯(lián)結，便得到p-v圖上的曲線圖上的曲線1 C1。 C點點 臨界點（任何物質其臨界點是唯一的）。臨界點（任何物質其臨界點是唯一的）。CA線線 飽和液態(tài)線（下界線）飽和液態(tài)線（下界線）CB 線線干飽和蒸汽線（上界線）。干飽和蒸汽線（上界線）。將有關參數(shù)整理也可在將有關參數(shù)整理也可在T-s圖上

7、繪出不同壓力下的一系列曲線圖上繪出不同壓力下的一系列曲線C2010C2122x1x111x122x2xxcTcpcTTABB2010A 答：因為液體幾乎是不可壓縮的，因此不同壓力下答：因為液體幾乎是不可壓縮的，因此不同壓力下處于處于0C0C的水的比容幾乎是相等的。的水的比容幾乎是相等的。C2010C2122x1x111x122x2xxcTcpcTTABB2010A對于水：對于水： 22.06422.064a a；t tc c=373.99373.99濕飽和蒸汽中所含的干飽和蒸汽的質量成分，即濕飽和蒸汽中所含的干飽和蒸汽的質量成分，即 vvvlmmxmmm（1-x1-x）則是飽和水的質量成分）則

8、是飽和水的質量成分對于干度為對于干度為x x的濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)的濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù) )1 ()1 ()1 (sxxsshxxhhvxxvv 由于水蒸氣不能視為理想氣體，故有關理想氣體的狀由于水蒸氣不能視為理想氣體，故有關理想氣體的狀態(tài)方程均不能使用，為工程上使用方便，將水蒸氣的狀態(tài)方程均不能使用，為工程上使用方便，將水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)制成圖表。態(tài)參數(shù)制成圖表。將純水的三相點作為基點，并規(guī)定此點的將純水的三相點作為基點，并規(guī)定此點的u=0u=0，s=0 s=0 。由于純水的三相點是唯一的，且國際上均選用這。由于純水的三相點是唯一的，且國際上均選用這個零點，故各國繪制的圖表就可以通用，便于國際交流。個

9、零點，故各國繪制的圖表就可以通用，便于國際交流。0030000.0006112MPa;273.16K;=0.00100022m /kg;0kJ/kg;0kJ/(kg K)pTvus水的三相點參數(shù)為：水的三相點參數(shù)為：根據(jù)焓的定義根據(jù)焓的定義, ,可求出焓可求出焓6-3000 000.006112 0.00100022 1010=0.000614kJ/kg0kJ/kghup v所以工程上認為三相點液相水的焓取零已足夠準確。所以工程上認為三相點液相水的焓取零已足夠準確。由于規(guī)定了零點，故不同壓力、溫度時的由于規(guī)定了零點，故不同壓力、溫度時的u u，h,h,，s s值便是唯一確定的值便是唯一確定的.

10、 .a a）按溫度編排，見附表）按溫度編排，見附表2-12-1b b）按壓力編排，見附表）按壓力編排，見附表2-22-2c) c) 按溫度編排，見附表按溫度編排，見附表2-32-3查查未飽和水及過熱水蒸氣參數(shù)未飽和水及過熱水蒸氣參數(shù) 查飽和查飽和參數(shù)參數(shù)用附表用附表2-3， 查取時需查取時需同時知道同時知道p,t方可確定方可確定其他狀態(tài)參數(shù)其他狀態(tài)參數(shù)(粗實線以上為未飽和水，粗實粗實線以上為未飽和水，粗實線以下為過熱蒸汽線以下為過熱蒸汽)用表用表2-1，表，表2-2只需知道只需知道Ps、Ts中一個中一個便可讀便可讀得其余所有裝狀態(tài)參數(shù)如得其余所有裝狀態(tài)參數(shù)如v,v,h,h,r,S,s等等hx=

11、 h (1-x)+ h xSx = s (1-x)+ s xvx = v (1-x)+ v x各種表中均未給出各種表中均未給出u的值，它必須通過公式的值，它必須通過公式u=h-pv進行計算進行計算此區(qū)域不能直接自任何表中讀出，需此區(qū)域不能直接自任何表中讀出，需由由ps或或Ts及干度及干度x進行計算進行計算。其公式為：。其公式為：例例 飽和蒸汽的溫度為飽和蒸汽的溫度為t ts=130s=130，求，求p ps s，vv，vv，hh，hh，r r，ss，ss。求解時查附表求解時查附表2-1即可。即可。求解時查附表求解時查附表2-2即可。即可。例例 求求0.9MPa下干飽和蒸汽的參數(shù)。下干飽和蒸汽的

12、參數(shù)。則：則：h = hh = h（1-x1-x）+ h”x+ h”x v=v v=v（1-x1-x）+ v”x+ v”x s=s s=s（1-x1-x）+ s”x+ s”x u=h-pv u=h-pv例例 求求t=130，x=0.3的濕飽和蒸汽的的濕飽和蒸汽的 h、v、u、s值值解：查附表解：查附表1得：得： h、h、v、v、s、s、ps解：查解：查附表附表2-32-3知知: :此時水為過熱蒸汽，且此時水為過熱蒸汽，且 h=3704.5kJ/kg h=3704.5kJ/kg s=9.0979 kJ/kg s=9.0979 kJ/kg v=4.028mv=4.028m3 3/kg/kg例例 確

13、定確定t=600 p=0.1MPa 時水的狀態(tài)，時水的狀態(tài)，并求并求h,s,u所以所以 u= h-pv=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kgu= h-pv=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kgCv vp p過熱區(qū)由p，v，T中兩個參數(shù)直接查取出其他參數(shù)兩相區(qū)中由p，v，T之一及x兩個參數(shù)直接查取其他的參數(shù) 能量方程能量方程 u=h-pvu=h-pvw=pdvw=pdv wwt t=-vdp=-vdp q=hq=h2 2-h-h1 1Cv vp pwuqtwhqpvuhhqpuqv21pdvwpvdwt2121Tdsq可逆過程可逆過程求解步驟：求解步驟

14、：1）根據(jù)初態(tài)已知條件查圖或表得到其他狀態(tài)參數(shù)。）根據(jù)初態(tài)已知條件查圖或表得到其他狀態(tài)參數(shù)。2）根據(jù)過程特征和終態(tài)參數(shù)查圖或表得到其他終態(tài)參數(shù)。）根據(jù)過程特征和終態(tài)參數(shù)查圖或表得到其他終態(tài)參數(shù)。3）根據(jù)初、終狀態(tài)參數(shù)求出功、熱量以及焓、熵變化量。）根據(jù)初、終狀態(tài)參數(shù)求出功、熱量以及焓、熵變化量。021pdvwv2121,ppvvdpwvt體積功技術功 121211122212ppvhhvphvphuuqv1221vvppdvwp021,vdpwpt體積功 技術功1211122212122112hhvpuvpuvvpuupdvuuqpp1x=1hs2t21x12112ssTTdsqT單位質量熱量

15、： 11122212121212)(vphvphssTuussTuuqwTT)(121212,hhssThhqwTTt體積功：技術功：)()()(2221112112vphvphuuuuqwss2112,)(hhhhqwsst體積功：技術功：hsp2p1t113221,hhwst1-21-2可逆過程：可逆過程：1-31-3不可逆過程：不可逆過程：31,hhwst2131,hhhhwwststoi 絕熱效率（相對內效率）：絕熱效率（相對內效率）：求求: (1): (1)進口蒸汽的過熱度進口蒸汽的過熱度 (2) (2)單位質量蒸汽流經汽輪機對外所作的功。單位質量蒸汽流經汽輪機對外所作的功。解：解：

16、(1)由進口蒸汽的參數(shù)由進口蒸汽的參數(shù)P1,t1查飽和水和飽和蒸汽表可得進口蒸查飽和水和飽和蒸汽表可得進口蒸汽壓力對應的飽和溫度汽壓力對應的飽和溫度ts1,過熱度：過熱度：Dt1-ts1hs12P1P2h2h(2)由由P1、t1查焓熵圖得查焓熵圖得h1,s1的值的值因因S2=S1,由由p2、s2查焓熵圖可得查焓熵圖可得h2的值的值21hhwshhs12P1P2h2h本章重點：一、基本概念： 飽和狀態(tài) 臨界點及參數(shù)（P水=221公斤，T=0.01C）三相點及參數(shù)（P=611pa,T=0.01C）、汽化潛熱。vvvlmmxmmm濕蒸汽的干度濕蒸汽的干度二、基本特點 Ps=f(ts) 一一對應關系三

17、、一點，二線，三區(qū)，五狀態(tài)四、用x及ps（ts)通過查飽和水蒸汽表求u、 h、 s 的步驟、方法五、h-s圖的使用， 用圖計算蒸汽熱力過程中的能量傳遞 1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質，19世紀后期 蒸汽動力裝置的大量使用，促使生產力飛速發(fā)展， 促使資本主義誕生。 2）目前世界約75%電力、國內78%電力來自火電廠，絕 大部分來自蒸汽動力。 3）蒸汽動力裝置可利用各種燃料。 4）蒸汽是無污染、價廉、易得的工質。概述1. 水蒸氣的卡諾循環(huán)水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實現(xiàn)，但：水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實現(xiàn)，但： 1 1）溫限?。叵扌?2 2）膨脹末端）膨脹末端x太小太小 3 3）壓縮兩相物質的困難）壓縮兩

18、相物質的困難二、朗肯循環(huán) net2t111wqqq net1243whhhh322hhq411hhq 1243net2t11141hhhhwqqqhh nett,Tt,Pwwwt,T12whht,P43whht,Pt,Tww若忽略水泵功，同時近似取若忽略水泵功，同時近似取h4 h3，則，則1212t1312hhhhhhhhnett,Tww如果確定了新汽的溫度（初溫T1 ）、壓力（初壓 p1）以及乏汽的壓力（終壓 p2），那么整個朗肯循環(huán)也就確定了蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響，也就是指初溫、初壓和終壓對朗肯循環(huán)熱效率的影響變熱源可逆循環(huán)熱效率：變熱源可逆循環(huán)熱效率：HLtTT1平均放熱溫度；平

19、均吸熱溫度LTHTHLtTT1假定新汽溫度和壓力保持假定新汽溫度和壓力保持( (T T1 1和和p p1 1) )不變，不變，將乏汽壓力由將乏汽壓力由 p p2 2 降低到降低到p p2 2循環(huán)的循環(huán)的平均放熱溫度平均放熱溫度顯著降低顯著降低，平均吸熱平均吸熱溫度降低很少溫度降低很少。因此隨著乏汽壓力的因此隨著乏汽壓力的降低，朗肯循環(huán)的降低，朗肯循環(huán)的熱熱效率有顯著的提高效率有顯著的提高。HLtTT112actT12=TThhwwhh汽輪機的相對內效率：汽輪機的相對內效率：不可逆過程熵不可逆過程熵S 汽輪機內部相對效率汽輪機內部相對效率T T（簡稱汽機效率）（簡稱汽機效率） t,Tact12actTt,T12whhwhh近代大功率汽輪機近代大功率汽輪機T 在在0.92左右左右 設計中，選定設計中，選定T 按按 2act1T122T121hhhhhhhh2act的確定方法：的確定方法： 運行中，測出運行中，測出 p2 及及 x2，按，按 h2act= x2h+ (1- -x2)h 2act112T=()hhhhnet1567whhhhx末上升t？56311hhhhqnet1567t11365whhhhqhhhh變熱源可逆循環(huán)熱效率：變熱源可逆循環(huán)熱效率：HLtTT1新蒸汽進入汽輪機膨脹作功到某新蒸汽進入汽輪機膨脹作功