發(fā)電廠動力設備PPT課件

1、3.1 飽和溫度和飽和壓力飽和狀態(tài)： 在一個密閉的容器中，對于工質，分子脫 離表面的汽化過程同時伴有分子回到液體中的凝結過 程。一定溫度下，起初汽化過程占優(yōu)勢。隨著汽化的 分子增多，凝結過程加劇。一定程度時，汽化的分子 數與凝結的分子數處于動態(tài)平衡之中，而空間中蒸汽 的分子數目不再增加，這種動態(tài)平衡的狀態(tài)稱為飽和 狀態(tài)。 在這一狀態(tài)下的溫度稱為飽和溫度，壓力稱為飽和壓力。飽和溫度和飽和壓力是一一對應的。 處于飽和狀態(tài)下的液態(tài)水稱為飽和水，處于飽和狀態(tài)下的蒸汽稱為飽和蒸汽。 第1頁/共55頁3.2 等壓下水蒸氣的形成過程 一、水蒸氣的形成過程 1、未飽和水的等壓預熱階段 圖中處于未飽和狀態(tài)的水，

2、被等壓加熱后，比體積稍有增大，熵增大，焓增大。直至等壓下的飽和水狀態(tài)。 把未飽和水在等壓下加熱為飽和水所需要的熱量叫預熱熱。第2頁/共55頁 飽和水和飽和蒸汽的混合物稱為濕飽和水蒸汽，簡稱濕蒸汽；倘若繼續(xù)加熱直至最后一滴水變?yōu)檎羝?，這時氣缸中的蒸汽稱為干飽和蒸汽。 一定量濕蒸汽中所含飽和蒸汽的質量與濕蒸汽的總質量之比稱為干度。 將飽和水在等壓下加熱成干飽和蒸汽所需要的熱量稱為汽化潛熱。2、飽和水的等壓汽化過程第3頁/共55頁3、干飽和蒸汽的等壓過熱過程 對干飽和蒸汽繼續(xù)加熱，并保持壓力不變，蒸汽溫度將上升，把溫度高于飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽。 過熱蒸汽的溫度與飽和溫度之差，稱為過熱度。 蒸汽

3、過程中，比體積將繼續(xù)增大，焓、熵也將繼續(xù)增大。此階段所需要的熱量稱為過熱熱。第4頁/共55頁 二、水蒸汽等壓形成過程在p-v圖 和T-s圖上的表示 在p-v圖上，水蒸氣形成的三個階段是一條水平線。飽和水等壓加熱成干飽和蒸汽的汽化階段既是等壓又是等溫，在T-s圖上是一條水平直線，預熱階段和過熱階段都是隨溫度上升的一條近似于對數曲線。第5頁/共55頁 二、水蒸汽等壓形成過程在p-v圖 和T-s圖上的表示 如果改變壓力p，則在p-v圖、T-s圖上會得到另外一條等壓過程線。減小，過程線位于原過程線下方；增大，則位于原過程線上方。 隨著壓力的升高，汽化過程縮短。壓力越高，飽和水與干飽和蒸汽的參數越接近，

4、差別也越小，當達到某一確定壓力時，它們的區(qū)別完全消失。第6頁/共55頁二、水蒸汽等壓形成過程在p-v圖 和T-s圖上的表示總結：一點，臨界點； 二線，上界線與下界線； 三區(qū)，未飽和區(qū)下界線的左方、 濕蒸汽區(qū)上、下界線之間、 過熱蒸汽區(qū)上界線的右方； 五態(tài)，未飽和水狀態(tài)、 飽和水狀態(tài)、 濕飽和蒸汽狀態(tài)、 干飽和蒸汽狀態(tài)、 過熱蒸汽狀態(tài)。 第7頁/共55頁3.3 水蒸氣的h-s圖一、水蒸氣的h-s圖 圖中C為臨界點，粗黑線CA為x=0的下界線，CB為x=1的上界線。上界線的上方是過熱蒸汽區(qū)，下方是濕蒸汽區(qū)。第8頁/共55頁1. 等壓線群 等壓線是一簇呈發(fā)散狀的線群。在濕蒸汽區(qū)內為直線，在過熱汽區(qū)內

5、為向上翹的曲線。等壓線沿熵增的方向是漸擴的。2. 等溫線群 在濕蒸汽區(qū)，由于飽和溫度和飽和壓力是一一對應的，所以在濕蒸汽區(qū)內等溫線與等壓線是重合的。3. 等容線群4. 等干度線 它是等壓線上由x=0（下界線）至x=1（上界線）的等分點連接而成的。3.3 水蒸氣的h-s圖第9頁/共55頁二、水蒸氣的熱力過程 蒸汽的基本熱力過程也是等容、等壓、等溫和絕熱4種。其中，等壓和絕熱過程應用得最多。第10頁/共55頁 在h-s圖上確定一個熱力過程時，可按以下步驟進行：（1）由已知初參數確定過程的初始狀態(tài)點。（2）根據過程特點確定過程的走向。（3）由過程終參數確定過程的終點狀態(tài)點。（4）根據熱力學第一定律計

6、算能量轉換。第11頁/共55頁三、蒸汽的絕熱節(jié)流 蒸汽在管道中流動時，遇到閥門、孔板等面積突然縮小的地方，由于局部阻力很大使蒸汽的壓力下降，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。 節(jié)流過程中工質流經縮口的時間極短，來不及和外界發(fā)生熱量交換，故可將節(jié)流看成是絕熱過程，稱為絕熱節(jié)流。第12頁/共55頁絕熱節(jié)流過程的基本特性：1、蒸汽通過節(jié)流孔板時由于通道截面突然減小，流速增加，壓力降低，焓減少，并伴隨著一定的摩阻損失。通過縮口后通道截面擴大，流速又漸漸降低，焓也逐漸增加。可見，焓隨著流速而變。2、一般情況下流速變化不大，故焓變化也不大，即在絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前的焓和節(jié)流后的焓相等。第13頁/共55頁 實驗表明，蒸汽

7、通過節(jié)流后，壓力降低，溫度降低，而且做功能力也降低。在一定的出口壓力pn下，蒸汽做功量將減少h，這部分損失稱為節(jié)流損失。 第14頁/共55頁3.4 蒸汽動力循環(huán)一、郎肯循環(huán) 第15頁/共55頁郎肯循環(huán)的熱效率 提高循環(huán)熱效率的方法 （1）提高蒸汽初參數t1、p1；（2）降低乏汽壓力。41342110,)()(hhhhhhqwRt第16頁/共55頁二、回熱循環(huán) 利用部分汽輪機中間抽汽加熱鍋爐給水的循環(huán)稱為回熱循環(huán)。 第17頁/共55頁回熱循環(huán)的分析（優(yōu)點）（1）效率較同參數的郎肯循環(huán)高。（2）減少了鍋爐的總負荷，因而減少了高溫受熱 面，節(jié)省了部分耐高溫的金屬材料。（3）使凝汽器的換熱面積減少，節(jié)

8、省銅材。（4）確定合適的回熱級數，使技術和經濟層面都 得到最大化。第18頁/共55頁三、中間再熱循環(huán) 所謂中間再熱循環(huán)，就是將汽輪機高壓缸做功后的蒸汽全部引出，進入到鍋爐再熱器中再次等壓加熱，使蒸汽溫度回復到初溫或略高于初溫，然后再全部引回汽輪機的低壓缸繼續(xù)膨脹做功，最后排入凝汽器。第19頁/共55頁 四、熱電聯(lián)產循環(huán) 既發(fā)電又供熱的熱力循環(huán)稱為熱電聯(lián)產循環(huán)。采用熱電聯(lián)產循環(huán)的電廠稱為熱電廠。 熱電聯(lián)產循環(huán)大體上可分為兩種類型： 背壓式汽輪機供熱系統(tǒng)和調節(jié)抽汽式汽輪機供熱系統(tǒng)。 第20頁/共55頁 第四章第四章 傳熱學傳熱學 傳熱學是研究熱量傳遞規(guī)律的科學。 凡是有溫差的地方就有熱量自發(fā)地由高

9、溫物體向低溫物體傳熱。 工程中的傳熱問題可以分為兩種類型： 增強傳熱，即提高換熱設備的傳熱能力，或在滿足傳熱量的前提下使設備尺寸盡量減??； 削弱傳熱，即減小熱損失或保持設備內適宜的工作溫度。 為學習和研究方便，將傳熱分成3種基本形式： 導熱、對流換熱和熱輻射。 實際的傳熱過程中往往不是以某一種單一的形式出現(xiàn)，而是這3種基本方式的復雜組合。第21頁/共55頁4.1 導熱一、導熱定義：導熱是指物體內部或接觸物體之間由 于存在溫差而產生的熱量傳遞現(xiàn)象。二、傅里葉定律 單位時間內傳遞的熱量Q與平壁兩邊的溫差（t1t2）、平壁的面積A成正比，而與平壁的厚度成反比，即式中：是比例系數，稱導熱率，又稱導熱

10、系數。 21ttAQ第22頁/共55頁 單位時間內通過某一給定面積的熱量稱為熱流量，記為Q，單位為W。單位時間內通過單位面積的熱流量稱為熱流密度，記為q，單位為W/m2。 式中：/稱為導熱熱阻R。 導熱系數是表征材料導熱性能優(yōu)劣的參數，是一種物性參數，其單位為W/（mK）。不同材料的導熱系數數值不同，并且還與溫度、結構、密度和濕度等因素有關。2121ttttAQq第23頁/共55頁4.2 對流換熱一、對流換熱過程 定義：對流是指流體各部分之間發(fā)生相對位移時所引起的熱量傳遞過程。 對流換熱過程的熱量傳遞是靠兩種作用完成的：1、流體與壁面直接接觸的導熱及流體之間 的導熱作用；2、流體內部的對流傳遞

11、作用。第24頁/共55頁二、牛頓冷卻公式 流體被加熱時：q = （t1t2） 流體被冷卻時：q = （t2t1）式中：t1及t2分別為壁面溫度和流體溫度，oC。如果把溫差記為t，并約定永遠取正值，則牛頓冷卻公式可表示為 q = t Q=At式中：比例系數為對流傳熱系數，W/（m2K）。第25頁/共55頁三、影響對流換熱的因素 通過公式4-5、4-6我們可以看出影響表面?zhèn)鳠嵯禂涤蟹N種復雜因素，且根據理論分析及實驗方法給出了表4-1中幾種對流換熱過程表面?zhèn)鳠嵯禂禂抵档拇笾路秶＞唧w影響對流換熱的因素，可歸納為：1. 流體產生運動的原因2. 流體的流態(tài)3. 流體的物理性質4. 換熱面的幾何因素5.

12、相態(tài)變化第26頁/共55頁4.3 熱輻射一、熱輻射定義：熱輻射是一種由物體表面直接向外界發(fā)射可見和不可 見射線，在空間傳遞能量的現(xiàn)象。在能量傳遞過程中伴 隨有能量形式的變化，即熱能與輻射能之間的變化。 若輻射到某物體上所有輻射能量為Q，其中被吸收的能量為QA；反射的能量為QK；穿透的能量為QD，則 Q=QA+QD+QR QA/Q+QD/Q+QR/Q=A+D+R=1 當A=1時，表示能夠全部吸收輻射能的物體，稱為黑體；當R=1時，表示能夠全部反射輻射能的物體，稱為白體或鏡體；當D=1時，表示能夠全部穿透的物體，稱為透過體。第27頁/共55頁二、熱輻射的基本定律 物體在單位時間內，單位面積上所發(fā)出

13、的輻射能叫做輻射力，用E表示。在同溫度下黑體的輻射力用E0表示。 黑體在單位時間內發(fā)出的熱輻射熱量由斯忒藩玻爾茲曼定律揭示：式中：T為黑體的熱力學溫度，K；0為斯忒藩玻爾茲曼常量，其值為5.6710-8W/（m2K4）。 一切實際物體的輻射能力都小于同溫度下的黑體，實際物體的輻射力和同溫度下黑體的輻射力的比值稱為實際物體的黑度，用符號表示400TE0EE第28頁/共55頁4.4 傳熱過程一、傳熱過程 實際的熱交換過程中，經常是幾種基本換熱方式同時起作用的。例：各類熱力設備和電氣設備表面的散熱既有表面與空氣間的自然對流，又有與四周冷表面間的輻射換熱。 幾種熱量傳遞方式同時起作用的換熱過程叫做復合

14、換熱。 工程中的實際情況往往比復合換熱更為復雜。例如， 對流換熱 導熱 對流及輻射換熱暖氣片：熱水 管子內壁 管子外壁 室內環(huán)境 輻射及對流換熱 導熱 對流換熱省煤器：煙氣 管子外壁 管子內壁 水 凝結換熱 導熱 對流換熱凝汽器：蒸汽 管子外壁 管子內壁 水第29頁/共55頁定義：熱量由熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過 程叫做傳熱過程。導熱、對流或輻射只是一般 傳遞過程中的局部傳熱方式。 傳熱過程規(guī)律： 在穩(wěn)定的傳熱過程中，當兩種流體的溫差一定時，傳熱面積越大，所傳遞的熱量就越多；在同樣的傳熱面積下，兩種流體的溫差越大，傳熱量也越多；而在一定的傳熱面積和溫差下，傳熱量的多少則取決于傳熱過程本

15、身的強烈程度。第30頁/共55頁穩(wěn)定傳熱過程中的傳熱量可表示為： Q=KAt式中：K為傳熱系數，用來表示傳熱過程的強弱程度。如果表示成熱流密度的形式，則可改寫為式中：1/K稱為熱阻，傳熱系數越大，熱阻就越小，傳熱量就越多。KttKAQq1第31頁/共55頁二、傳熱過程的增強與削弱 由傳熱基本方程Q=KAt可以看出，傳熱量由3個因素決定，即冷、熱流體間的溫差，傳熱面積A和傳熱系數K。改變其中任何一因素都會對傳熱帶來影響。具體途徑為： （一）增強傳熱 （二）削弱傳熱 第32頁/共55頁4.5 熱交換器 將熱量從熱流體傳遞給冷流體的設備稱為換熱器。一、混合式換熱器 在這種換熱器中，熱流體與冷流體依靠

16、直接接觸和互相混合來進行熱量交換。其具有傳熱速度快、效率高、設備簡單等優(yōu)點。如活力發(fā)電廠中的除氧器、冷水塔和噴水式蒸汽減溫器。第33頁/共55頁 在這種換熱器中，熱流體與冷流體先后交替地流過同一換熱面。其優(yōu)點是結構緊湊，節(jié)省金屬，一般用于放熱系數不大的氣體之間的傳熱。二、儲熱式換熱器第34頁/共55頁三、表面式換熱器 在這種換熱器中，熱流體通過固體壁面將熱量傳給流體，而熱流體與冷流體互不接觸。如火力發(fā)電廠中的過熱器、再熱器、省煤器、管式空氣預熱器、表面式蒸汽減溫器、冷油器等。 因兩種流體的流向不同，流體可形成幾種流動方式： 順流、逆流、叉流 順流和逆流是冷、熱流體在表面式換熱器中的兩種最基本的

17、流動方式。 第35頁/共55頁 兩種流動方式的溫度變化規(guī)律如圖所示。對表面式換熱器計算時，可采用Q=KAtm，式中：tm為平均溫度差，oC。 傳熱平均溫度差tm可采用兩種方式進行計算。算術平均溫度差為對數平均溫度差為)(21minmaxtttmminmaxminmaxlntttttm第36頁/共55頁 第五章第五章 流體力學流體力學5.1 流體的基本性質 一、流體基本物理性質 1. 慣性 慣性就是物體保持原有運動狀態(tài)的特性。流體的慣性只有在運動狀態(tài)改變時才顯示出來。慣性的大小與流體的質量成正比。 2. 壓縮性與膨脹性 溫度維持不變，壓力增大是，流體體積會縮小的性質稱為流體的壓縮性。壓力維持不變

18、，溫度升高，流體的體積會增大的性質稱為流體的膨脹性。 3. 粘滯性 流體流動時，流體質點之間存在著相對運動，則質點之間便產生一種內摩擦力來抵抗相當運動，這種抵抗相對運動的特性稱為流體的粘滯性，這種內摩擦力稱為粘滯力。第37頁/共55頁二、作用在流體上的力 1. 表面力 表面力是指作用在流體表面上的力。表面力可以是作用在液體外表面上的外力，也可以是作用在液體內部任一表面的內力。內力是由于液體質點之間相互作用而產生的，一種是與液體表面相垂直的法向力，另一種是與流體表面相切的切向力。2. 質量力 質量力是指作用在流體內部每一個質點上的力。大小與流體的質量成正比。質量力有兩種，即重力及慣性力。第38頁

19、/共55頁5.2 流體靜力學基本原理 一、靜壓力及其特性 流體處于平衡狀態(tài)時某點的壓力稱為該點的靜壓力，用p表示。特性：（1）任意一點的靜壓力大小在各個方向上都相 等，與作用面的方位無關。（2）靜壓力的方向垂直并指向作用面。 第39頁/共55頁二、靜壓力基本方程式 整理得 說明：1）在靜止的流體中，任意一點的靜壓力p 由表面壓力p0和質量力gh兩部分組 成。2）在重力作用下的流體內部的壓力p隨深 度h按直線關系變化，作用點的位置h 越深，靜壓力p就越大。3）在重力作用下流體中深度h相同的各點 靜壓力相同，此面為等壓面。00ApAghApghpp0第40頁/共55頁三、靜壓力基本方程式的意義1.

20、 物理意義 靜止液體中的一個切點，相對于選定的基準面，單位總比能是一個常數，但各點的比位能和比壓能可以相互轉換（總和不變）。距自由表面愈深的點壓力愈大，比壓能愈大，比位能愈小。2. 幾何意義 在靜止的液體中，各點的靜力水頭是永遠相等的，位置水頭和壓力水頭可以相互轉換。第41頁/共55頁流體靜壓力的測量第42頁/共55頁流體靜壓力的測量第43頁/共55頁流體靜總壓力靜水壓力分布圖第44頁/共55頁流體靜總壓力圖解法第45頁/共55頁流體靜總壓力解析法第46頁/共55頁流體靜力學基本方程式的應用 1.汽包上的水位計第47頁/共55頁流體靜力學基本方程式的應用 2.傾斜式微壓計第48頁/共55頁5.3 流體動力學基本原理一、流體動力學的基本概念 流體的動壓力和流速稱為流體的運動要素。 流體的動壓力是指作用在流體內部單位面積上的力，一般情況下流體的動壓力與靜壓力的分布規(guī)律是不同的。 流速是指流體某質點在空間運動的速度，其大小決定與該質點在單位時間內所經路徑的長度。第49頁/共55頁1. 穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 流體的運動要素在某空間位置上不隨時間變化，只隨空間位置不同而變化則稱為穩(wěn)定流。若隨時間而變，則稱為非穩(wěn)定流。2.