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

化工熱力學(xué)第三節(jié)：蒸汽動力循環(huán)

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

瓦特（1736～1819）薩迪.卡諾（1796～1832）請同學(xué)們課下查閱有關(guān)蒸汽機發(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。過程特點：

恒溫可逆膨脹過程。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）步驟2-3裝置：

透平機工質(zhì)變化：

飽和蒸汽變成濕蒸汽狀態(tài)。過程特點：

可逆絕熱膨脹過程，即等熵過程。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4的濕度大于3。過程特點：等溫可逆壓縮過程。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)過程作的凈功為：過程與環(huán)境交換的熱為：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，循環(huán)過程的

故：

結(jié)論一：整個動力裝置產(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：卡諾熱機的效率與工作介質(zhì)的性質(zhì)無關(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)在整個循環(huán)中對外所作凈功與外界所加給工作介質(zhì)的熱量之比。卡諾熱機的熱效率為：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)。但它卻不能付之實踐。原因：因此卡諾熱機是一個理想的、不能實現(xiàn)的熱機，但其效率可以為實際熱機效率提供一個作比較用的最高標準。STTLTH4321（1）點3對應(yīng)于透平出口點，濕蒸汽中所含的飽和水較多將使透平發(fā)生浸蝕現(xiàn)象。實踐表明，透平帶水不得超過10％。（2）點4也在兩相區(qū)(此點為水泵入口)．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+過熱器工質(zhì)變化：

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

零作功：

過熱器水泵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過程特點：

恒壓、恒溫作軸功：

零傳熱：

ST4321過熱器水泵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：蒸汽動力循環(huán)中，水泵的耗功量遠小于汽輪機的作功量。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所消耗的能量的多少，它是評價蒸汽動力裝置的一個重要指標。實際的郎肯循環(huán)（1）蒸汽通過透平機的絕熱膨脹實際上不是等熵的，而是向著墑增加的方向偏移，用2→3′線表示。蒸汽通過透平機膨脹，實際做出的功應(yīng)為h2–h3′，它小于等熵膨脹的功h2–h3。兩者之比稱為透平機的等熵效率。

（2）水泵的耗功量遠小于透平機的做功量，可不考慮不可逆的影響。

實際朗肯循環(huán)的熱效率:

3/ST4321例：某蒸汽動力裝置產(chǎn)生的過熱蒸汽壓力為8600kPa、溫度為500℃。此蒸汽進入透平絕熱膨脹作功，透平排出的乏汽壓力為10kPa。乏汽進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際動力循環(huán)的熱效率；(c)設(shè)計要求實際動力循環(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過熱蒸汽在透平中膨脹為等熵過程，膨脹終點3的熵為:點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：

3/ST4321由此可得：則：透平膨脹產(chǎn)生的軸功為：

3/ST4321冷凝過程傳熱量為：(負號表示工作介質(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：

過程產(chǎn)功:或：

實際循環(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，因此水泵對效率的影響