熱力學基礎知識簡化

熱力學基礎知識整理物理除氧法－熱力除氧物理除氧法用得最廣泛的是熱力除氧。這種方法成本低，不但能除去水中溶解的氧氣，還可除去水中溶解的其他不凝結氣體，且沒有任何殘留物質(zhì)。因此除核電站外所有火電廠都無例外地用它。二、熱力除氧原理熱力除氧原理是以亨利定律和道爾頓定律作為理論基礎的。亨利定律指出：在一定溫度下，當溶于水中的氣體與自水中離析的氣體處于動平衡狀態(tài)時，單位體積水中溶解的氣體量和水面上該氣體的分壓力成正比。熱力學第一定律熱力學第一定律的實質(zhì)是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律。能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的核心內(nèi)容就是：自然界中一切物質(zhì)都具有能量，能量既不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅，而只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，在轉(zhuǎn)換中，能量的總量恒定不變。熱力學第一定律最初的描述“第一類永動機是不可能制造成功的”。所謂第一類永動機是一種不花費能量就可以產(chǎn)生動力的機器。

Q＝△U+W(2-6)

該方程是熱力學第一定律的一個基本表達式，稱為熱力學第一定律解析式。該式表明：在閉口系統(tǒng)所經(jīng)歷的熱力過程中，吸收的熱一部分用來增加系統(tǒng)的熱力學能，儲存于系統(tǒng)內(nèi)部，其余部分則是以做功的方式傳遞給外界。Q-△U＝W(2一6a)簡單可壓縮系在熱力過程中熱功轉(zhuǎn)換的基本關系，即：消失的熱總是等于所產(chǎn)生的體積變化功。熱力學第二定律綜合表述

一切實際熱力過程都是不可逆的；不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣?熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ρ厝挥泻纳?熱效率總是小于1即η＜1;不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體;若一定要搞可逆卡諾循環(huán)是需要外界提供能量（付出代價的）。

焓焓：工質(zhì)所含有的熱能－Ｈ；帶入帶出系統(tǒng)的能量。J比焓：單位工質(zhì)所含有的能量；hJ/(kg）。設ｒ時間內(nèi)，在開口系統(tǒng)入口（或出口）處，有質(zhì)量為m的工質(zhì)流入（或流出），則伴隨這部分工質(zhì)進入（或離開）系統(tǒng)的能量為(2-11)式（2一11）中，u和pv

均為狀態(tài)參數(shù)，僅取決于工質(zhì)的狀態(tài)。U內(nèi)能,pv推動功為了數(shù)學上的方便，定義U+pV

為焓，用符號H表示，單位是J或kJ；即H=U+pV(2-12)

單位工質(zhì)的焓稱為比焓，用符號h表示，單位是J/kg或kJ/kg

。解讀為工質(zhì)含有、可帶入帶出的能量。(2-11)熵的定義熵的定義可表述為：在微元可逆過程中，工質(zhì)與外界交換的熱量除以傳熱時工質(zhì)的熱力學溫度，所得的商為工質(zhì)的熵的變化量。狀態(tài)參數(shù)熵S是一個廣延量，具有可加性，單位是J/K。單位質(zhì)量工質(zhì)的熵，也即比熵，的單位是J/(kg·K）?？ㄖZ循環(huán)卡諾循環(huán):是在兩個溫度不同的恒溫熱源間工作的最簡單的可逆循環(huán)。當高、低溫熱源的溫度一定時最大限度作功量的、理想的可逆循環(huán)。除卡諾循環(huán)外還可以有其他可逆循環(huán)，其熱效率都與卡諾循環(huán)的熱效率相等，并與所采用的工質(zhì)無關，這已為卡諾定理一所證明?？ㄖZ循環(huán)圖卡諾定理定理一：在兩個溫度不同的恒溫熱源之間工作的一切可逆熱機，都具有相同的熱效率，且與工質(zhì)性質(zhì)無關。定理二：在兩個溫度不同的恒溫熱源之間工作的可逆熱機的熱效率恒高于不可逆熱機的的熱效率?？ㄖZ定理可表述為：工作在兩個恒溫熱源Tl

和T2之間的循環(huán)，不管采取什么工質(zhì)，如果是可逆的，其熱效率；如果是不可逆的，其熱效率重要結論1①在兩個恒溫熱源間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，都等于相同溫限間卡諾循環(huán)的熱效率。其值只與熱源和冷源的溫度有關，而與工質(zhì)的性質(zhì)無關。②提高熱源的溫度TI和降低冷源的溫度T2是提高可逆循環(huán)熱效率的根本途徑。③由于熱源溫度T1不可能為無限大，冷源溫度T2也不可能為零，因而循環(huán)的熱效率不可能達到100％?；蛘哒f，不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變成有用功。重要結論2④若T1=T2，即熱源溫度和冷源溫度一致（單一熱源），則這說明只有一個熱源的熱機是不可能制造成功的，溫度差是一切熱機循環(huán)的必不可少的條件。⑤在兩個恒溫熱源間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率恒小于相應可逆循環(huán)的熱效率。因此，盡量減少循環(huán)中的不可逆因素也是提高循環(huán)熱效率的重要方法?？ㄖZ循環(huán)的局限性它是一個理想循環(huán)，等溫交換熱量不易實現(xiàn)；氣體的等溫線和絕熱線在P-v圖上的斜率相差不多，以致卡諾循環(huán)所做的功并大；

T1低于臨界溫度TC；374度C；從絕熱膨脹作功到低溫低壓蒸氣濕度大影響設備壽命；絕熱壓縮體積變化大有相變，壓縮機龐大。朗肯循環(huán)在卡諾循環(huán)的基礎上作以下改進的循環(huán)。1、定溫吸熱-定壓吸熱；2、飽和蒸汽作功-過熱蒸氣作功；3、放熱延伸至濕蒸汽-全部凝結為飽和水；4、壓縮濕蒸汽-壓縮單相水。5、T1﹥TC臨界溫度。朗肯循環(huán)的P-v圖、T-S圖圖9-1包括兩個等壓過程和兩個等熵過程，循環(huán)所經(jīng)歷的各過程14-5-6-1過程：水在鍋爐B中等壓吸熱，汽化成飽和蒸汽；飽和蒸汽在蒸汽過熱器S中等壓吸熱成過熱蒸汽。1一2過程：高溫高壓的過熱水蒸氣在汽輪機T內(nèi)作等熵膨脹過程。2一3過程：從汽輪機排出的做過功的乏汽在凝汽器C內(nèi)等壓冷凝，向冷卻水放熱，這是等壓過程同時也是等溫過程。循環(huán)所經(jīng)歷的各過程2凝汽器內(nèi)的壓力通常很低，現(xiàn)代蒸汽電廠凝汽器內(nèi)壓力約為4-5kPa。2-3為濕蒸汽在凝汽器內(nèi)的等壓（也等溫）冷卻凝結放熱過程。3-4過程：凝結水在給水泵P內(nèi)的絕熱壓縮過程，壓力升高后的水再次進入鍋爐B完成循環(huán)。

3-4為凝結水在水泵中的等熵壓縮過程。朗肯循環(huán)動力裝置流程示意于圖簡單蒸汽動力裝置流程示意于圖9-2，包括鍋爐（B）、汽輪機（T）、凝汽器（C）、水泵（P）等四部分主要設備。朗肯循環(huán)的熱效率

式中hl―汽輪機入口新蒸汽的焓；h2―汽輪機出口乏汽的焓；h3、h4―壓力為p2的凝結水和壓力為pl的未飽和水的焓。通常水泵消耗功與汽輪機做功量相比甚小，可忽略不計，因此h3=h4，這樣，式（9-1)可簡化為

汽耗率蒸汽動力裝置輸出Ikw·h(3600KJ）功量所消耗的蒸汽量，定義為汽耗率，用d表示

(9-3)

為循環(huán)凈功。再熱循環(huán)提高蒸汽初壓力會出現(xiàn)汽輪機排汽干度下降，而提高初溫又要求設備的材料具有很高的耐熱性，為了解決這一矛盾，常采用蒸汽中間再過熱的方法，即將汽輪機高壓端中膨脹到一定壓力的蒸汽重新引入鍋爐的中間加熱器（稱為再熱器）R中加熱升溫，然后再送入汽輪機使之繼續(xù)膨脹做功，這種循環(huán)稱為中間再熱循環(huán)或簡稱再熱循環(huán)，

再熱循環(huán)簡圖圖9-9再熱循環(huán)設備簡圖圖9-10為再熱循環(huán)的T-S再熱循環(huán)熱效率再熱循環(huán)所做的功為(忽略水泵功

)循環(huán)加熱量為再熱循環(huán)熱效率為(9-8)通常一次再熱可使循環(huán)熱效率提高2％-3.5％?；責嵫h(huán)

朗肯循環(huán)熱效率不高的主要原因是水的加熱及水蒸氣的過熱過程（圖9-12中3-4-5-1過程）的平均吸熱溫度不高，尤其是經(jīng)水泵加壓后未飽和水溫度很低，致使熱效率低下，傳熱不可逆損失極大?；責嵫h(huán)是利用蒸汽回熱對水進行加熱，消除朗肯循環(huán)中水在較低溫度下吸熱的不利影響，以提高熱效率。多級抽汽回熱循環(huán)采用從汽輪機的適當部位抽出的,尚未完全膨脹的蒸汽去回熱器中加熱低溫冷凝水,該抽汽不經(jīng)過凝汽器，沒有向冷源放熱，達到了提高熱效率的目的，這種循環(huán)稱為抽汽回熱循環(huán)?，F(xiàn)代大中型蒸汽動力裝置均采用回熱循環(huán)，抽汽的級數(shù)從2、3級最多達7、8級，參數(shù)越高、容量越大的機組，回熱級數(shù)越多?；責嵫h(huán)原理圖回熱循環(huán)原理圖9-12，理論循環(huán)的T-S圖9-13。循環(huán)過程Ikg

狀態(tài)1新蒸汽進入汽輪機，絕熱膨脹到狀態(tài)2(P01,t01,）時，抽出部分蒸汽α1kg引入回熱器。其余(1-α1)kg蒸汽在汽輪機內(nèi)繼續(xù)膨脹做功到狀態(tài)2，然后進入凝汽器，被冷卻凝結成冷凝水(2')，再經(jīng)給水泵加壓到P0，進入回熱器。在回熱器中被αkg的抽汽加熱成狀態(tài)0’1的飽和水，然后經(jīng)水泵加壓再進入鍋爐加熱、汽化、過熱成新蒸汽，完成循環(huán)?；旌鲜交責崞魇疽鈭D圖9-14回熱循環(huán)計算進行抽汽量α1計算，應以恰好將凝結水加熱到抽汽壓力下的飽和溫度為原則。循環(huán)熱效率=回熱循環(huán)的優(yōu)點

(1)由于工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負荷減低，因而可減少受熱面，節(jié)省金屬材料。(2）由于汽耗率增大，使汽輪機高壓端的蒸汽流量增加而低壓端因抽汽而流量減小，這樣有利于汽輪機設計中解決第一級葉片太短和最末級葉片太長的矛盾，提高單機效率；(3)由于進入凝汽器的蒸汽量減少，可減少凝汽器的換熱面積，節(jié)省銅材。當然抽汽級數(shù)過多會使系統(tǒng)過于復雜，因而很少超過8級。大型機