化工熱力學(xué)ch6-1蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)課件

化工熱力學(xué)第三節(jié)：蒸汽動(dòng)力循環(huán)

本節(jié)內(nèi)容：1、卡諾循環(huán)過(guò)程及能量分析2、郎肯循環(huán)過(guò)程及能量分析重點(diǎn)掌握：1、循環(huán)的各過(guò)程中工作介質(zhì)狀態(tài)的變化2、各過(guò)程的特點(diǎn)及各過(guò)程對(duì)外傳熱和作功的計(jì)算3、熱效率的計(jì)算

瓦特（1736～1819）薩迪.卡諾（1796～1832）請(qǐng)同學(xué)們課下查閱有關(guān)蒸汽機(jī)發(fā)展的資料

能量分析（鍋爐boiler）步驟1-2：裝置：

鍋爐工質(zhì)變化：

水由飽和液體變成飽和蒸汽。過(guò)程特點(diǎn)：

恒溫可逆膨脹過(guò)程。在T—S圖表示：

水平線。傳熱：

作軸功：水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平鍋爐qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析（Turbie透平機(jī)）步驟2-3裝置：

透平機(jī)工質(zhì)變化：

飽和蒸汽變成濕蒸汽狀態(tài)。過(guò)程特點(diǎn)：

可逆絕熱膨脹過(guò)程，即等熵過(guò)程。在T—S圖表示：垂直于S軸的線段。傳熱：

零

作軸功：水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平鍋爐qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析（Condenser冷凝器）步驟3—4裝置：

冷凝器工質(zhì)變化：濕蒸汽冷凝，終點(diǎn)4的濕度大于3。過(guò)程特點(diǎn)：等溫可逆壓縮過(guò)程。在T—S圖上表示：水平線傳熱：

作軸功：

零水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平鍋爐qH冷凝器qLSTTLTH4321循環(huán)過(guò)程作的凈功為：過(guò)程與環(huán)境交換的熱為：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，循環(huán)過(guò)程的

故：

結(jié)論一：整個(gè)動(dòng)力裝置產(chǎn)出的凈功（透平產(chǎn)生的功和水泵消耗的功的代數(shù)和）等于鍋爐吸收的熱和冷凝器排放的熱的代數(shù)值之和。能量分析65STTLTH4321結(jié)論二：卡諾熱機(jī)的效率與工作介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，只與高溫?zé)嵩吹臏囟龋═H）和低溫?zé)嵩吹臏囟龋═L）有關(guān)。熱效率：工作介質(zhì)在整個(gè)循環(huán)中對(duì)外所作凈功與外界所加給工作介質(zhì)的熱量之比?？ㄖZ熱機(jī)的熱效率為：已經(jīng)證明卡諾循環(huán)是工作于相同溫度的熱源間效率最高的循環(huán)。但它卻不能付之實(shí)踐。原因：因此卡諾熱機(jī)是一個(gè)理想的、不能實(shí)現(xiàn)的熱機(jī)，但其效率可以為實(shí)際熱機(jī)效率提供一個(gè)作比較用的最高標(biāo)準(zhǔn)。STTLTH4321（1）點(diǎn)3對(duì)應(yīng)于透平出口點(diǎn)，濕蒸汽中所含的飽和水較多將使透平發(fā)生浸蝕現(xiàn)象。實(shí)踐表明，透平帶水不得超過(guò)10％。（2）點(diǎn)4也在兩相區(qū)(此點(diǎn)為水泵入口)．顯然，汽水混合物不能用泵送入鍋爐。能量分析（鍋爐boiler）步驟l一2裝置：鍋爐+過(guò)熱器工質(zhì)變化：

過(guò)冷水被加熱到沸點(diǎn)，然后汽化，最后再由飽和蒸汽變成溫度較高的過(guò)熱蒸汽過(guò)程特點(diǎn)：恒壓作軸功：零傳熱：ST4321過(guò)熱器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平鍋爐qH冷凝器qL能量分析（Turbie透平機(jī)）步驟2-3裝置：透平工質(zhì)變化：過(guò)熱蒸汽變?yōu)闈裾羝?。但濕的乏汽含水量不太高。過(guò)程特點(diǎn)：絕熱可逆膨脹（等熵過(guò)程）。傳熱：

零作功：

過(guò)熱器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平鍋爐qH冷凝器qLST4321能量分析（Condenser冷凝器）

步驟3－4裝置：

冷凝器工質(zhì)變化：

由濕蒸汽變?yōu)轱柡鸵后w過(guò)程特點(diǎn)：

恒壓、恒溫作軸功：

零傳熱：

ST4321過(guò)熱器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平鍋爐qH冷凝器qL能量分析理想朗肯循環(huán)的熱效率：蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，水泵的耗功量遠(yuǎn)小于汽輪機(jī)的作功量。熱效率可近似為：熱效率的高低可以反映出不同裝置輸出相同功量時(shí)所消耗的能量的多少，它是評(píng)價(jià)蒸汽動(dòng)力裝置的一個(gè)重要指標(biāo)。實(shí)際的郎肯循環(huán)（1）蒸汽通過(guò)透平機(jī)的絕熱膨脹實(shí)際上不是等熵的，而是向著墑增加的方向偏移，用2→3′線表示。蒸汽通過(guò)透平機(jī)膨脹，實(shí)際做出的功應(yīng)為h2–h3′，它小于等熵膨脹的功h2–h3。兩者之比稱為透平機(jī)的等熵效率。

（2）水泵的耗功量遠(yuǎn)小于透平機(jī)的做功量，可不考慮不可逆的影響。

實(shí)際朗肯循環(huán)的熱效率:

3/ST4321例：某蒸汽動(dòng)力裝置產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽壓力為8600kPa、溫度為500℃。此蒸汽進(jìn)入透平絕熱膨脹作功，透平排出的乏汽壓力為10kPa。乏汽進(jìn)入冷凝器全部冷凝成為飽和液態(tài)水，然后泵入鍋爐。試求：(a)理想的朗肯循環(huán)的熱效率；(b)已知透平和水泵的等熵效率都為0.75，試求在上述條件下實(shí)際動(dòng)力循環(huán)的熱效率；(c)設(shè)計(jì)要求實(shí)際動(dòng)力循環(huán)輸出的軸功率為80000kw，試求蒸汽流量以及鍋爐和冷凝器的傳熱速率。

3/ST4321過(guò)熱蒸汽在透平中膨脹為等熵過(guò)程，膨脹終點(diǎn)3的熵為:點(diǎn)3為濕蒸汽狀態(tài)，查飽和蒸汽壓表，壓力為10kPa,飽和溫度為45.83度，這時(shí)：

3/ST4321由此可得：則：透平膨脹產(chǎn)生的軸功為：

3/ST4321冷凝過(guò)程傳熱量為：(負(fù)號(hào)表示工作介質(zhì)放熱)水泵的可逆軸功為：由P1=8600kPa,P2=10kPa查飽和水蒸汽表得：

3/ST4321（b）已知透平的為0.75，則透平產(chǎn)功為：冷凝器放出的熱量為：

水泵耗功為：

3/ST4321鍋爐吸收的熱為：

過(guò)程產(chǎn)功:或：

實(shí)際循環(huán)的熱效率：顯然，此效率低于理想朗肯循環(huán)的效率。這是由于透平不可逆操作所致。水泵耗功要比透平產(chǎn)功小得多，因此水泵對(duì)效率的影響