壓水堆核電廠二回路熱力循環(huán)下

壓水堆核電廠二回路熱力循環(huán)下第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.9.3比熱容定義和分類定義：c與過程有關c是溫度的函數(shù)按過程分類質(zhì)量定壓熱容（比定壓熱容）質(zhì)量定容熱容（比定容熱容）1.比定容熱容cV1.9.4理想氣體比定壓熱容，比定容熱容和邁耶公式第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2.比定壓熱容cp3.cp-cV邁耶公式4.定值比熱容單原子雙原子多原子1.671.41.29第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.9.5理想氣體的比熱容比理想氣體熱力學能和焓僅是溫度的函數(shù)2)1.9.6理想氣體的熱力學能和焓1)因理想氣體分子間無作用力第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.9.7理想氣體的熵理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)定比熱氣體自由膨脹取全部氣體為系統(tǒng)p2,v2第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1–10飽和狀態(tài)、飽和溫度和飽和壓力1.10.1汽化和液化汽化：由液態(tài)到氣態(tài)的過程蒸發(fā)：在液體表面進行的汽化過程液化：由氣相到液相的過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進行的強烈汽化過程。1.10.2飽和狀態(tài)

當汽化速度=液化速度時，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡，宏觀上氣、液兩相保持一定的相對數(shù)量—飽和狀態(tài)。第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二飽和狀態(tài)的溫度—飽和溫度，ts(Ts)飽和狀態(tài)的壓力—飽和壓力，ps

加熱，使溫度升高如t'，保持定值，系統(tǒng)建立新的動態(tài)平衡。與之對應，p變成ps'。一一對應，只有一個獨立變量。

1.10.3幾個名詞

飽和液—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts；

干飽和蒸汽—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts；

未飽和液

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts；

過熱蒸汽

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d過熱度；

濕飽和蒸汽—飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts。使未飽和液達飽和狀態(tài)的途徑：不變不變第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二干度—（濕度y=1–x）x01飽和液濕飽和蒸汽干飽和蒸汽濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分數(shù)，用w或x表示。第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1–11水定壓加熱汽化過程1.11.1水定壓加熱汽化過程預熱汽化過熱t(yī)<tst=tst=tst=tst>ts第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二opv.............aa’axa”ad...Cbxbdbb’b”cxcdcc’c”1.11.2水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖oTs.C..........aa”ad下界限線上界限線下界限線上界限線a’..aa’axa”ad第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二一點臨界點兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1–12水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及圖表

●水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨立狀態(tài)參數(shù)通過實際氣體狀態(tài)方程及其他一般關系式計算（通常由計算機計算）或查圖表確定。●在動力工程中水蒸氣不宜利用理想氣體性質(zhì)計算1.12.1水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.零點規(guī)定規(guī)定：三相點液態(tài)水熱力學能及熵為零可近似為零2.未飽和水（t，p）●查圖表或由專用程序計算●壓力不太高時，可近似3.飽和水和飽和水蒸氣(ps和ts)查圖表或由專用程序計算4.過熱蒸汽（p，t）查圖表或由專用程序計算。第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二4.濕飽和蒸汽由ts（或ps）與x共同確定：未飽和水過熱蒸汽濕飽和蒸汽第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.12.2水蒸氣表

1.飽和水和干飽和蒸汽表00.01515253570100110150200250300350373.990.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.475711.553663.973518.5830816.52122.0640.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.001051560.001090460.001156410.001251450.001403690.001740080.003106206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.21060.392860.127320.0501120.0216690.0088120.003106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.33632.28852.341085.31344.01670.32085.92500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262746.352792.472800.662748.712563.392085.872500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.92114.11940.11715.41404.7893.00.0-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41861.84202.33072.79263.25333.77734.40929.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23866.83816.43126.07165.70425.21044.4092飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）(一)依溫度排列第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二(二)依壓力排列0.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.51.02.03.05.010.022.0646.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.867179.916212.417233.893263.980311.037373.990.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.00109250.00112720.00117670.00121660.00128620.00145220.003106129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.374860.194380.0995880.0666620.0394390.0180260.00310629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.35762.84908.641008.21154.21407.22085.92513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592777.672798.662803.192793.642724.462085.872484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.22014.81890.01794.91639.51317.20.00.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86102.13882.44712.64542.92013.35914.40928.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82146.58596.33956.18545.97245.61394.4092飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2.未飽和水和過熱蒸汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數(shù)ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217.1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.12.3水蒸氣的焓—熵（h-s）圖第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二x=0.94x=0.98p=0.1MPa

0.02MPa

0.002MPa

1MPa550℃450℃200℃100℃350℃m3/kgm3/kgx=1skJ/(kg·K)hkJ/kghkJ/kg5.06.07.07.08.09.0skJ/(kg·K)37003500330031002700350033003100270025002300焓熵(h-s)圖定干度線定壓線定溫線定容線第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.12.4水和水蒸氣熱力性質(zhì)程序簡介

目前，多數(shù)軟件采用IFC公式，適用范圍：273.16~1073.15K；0~100MPa；將整個區(qū)域分成6個子區(qū)域，用不同的公式描述，它們的邊界線也用不同的函數(shù)表達。第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二

1997年,國際水和蒸汽性質(zhì)協(xié)會（IAPWS）推出IAPWS-IF97作為水和水蒸汽熱力學性質(zhì)的國際工業(yè)標準，適用范圍為：273.15K≤T≤1073.15K，p≤100MPa；1073.15K＜T≤2273.15Kp≤10MPa。IAPWS-IF97將此有效范圍分為5個計算子區(qū)域：1—未飽和水區(qū)，2—過熱蒸汽區(qū)，3—臨界水和臨界蒸汽區(qū)，4—飽和區(qū)，5—超高溫（過熱）蒸汽區(qū)。嚴家騄教授推算出統(tǒng)一公式，滿足新骨架表的要求。張喻研究員研制了科學研究用水和水蒸氣熱力性質(zhì)程序。第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1–13水蒸氣的基本過程1.13.1基本公式過程中狀態(tài)參數(shù)確定—圖表或?qū)Ｓ贸绦蛴嬎?。功、熱量的計算式：oTs.C..0123qlγqsup..1.13.2定壓過程第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.13.3定熵過程注意：水蒸氣其中κ為經(jīng)驗數(shù)字過熱蒸汽飽和蒸汽濕蒸汽hsh1s1h212..汽化潛熱p/MPa0.010.111022.12γ/(kJ/kg)2392.92257.92013.61319.70第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1-14熱力循環(huán)1.14.1定義：

封閉的熱力過程。特性：一切狀態(tài)參數(shù)恢復原值，即1.14.2

可逆循環(huán)與不可逆循環(huán).ab.cd.b.cd..a循環(huán)凈功量等于循環(huán)凈熱量第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二bca.d1.14.3動力循環(huán)（正向循環(huán)輸出凈功；在p－v圖及T－s圖上順時針進行；膨脹線在壓縮線上方；吸熱線在放熱線上方。abc..d.wnetqnet動力循環(huán)——熱效率循環(huán)經(jīng)濟性指標：收益代價第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二opvoTs....1234THTL1234....wnetqnet1–15卡諾循環(huán)和卡諾定理1.15.1卡諾循環(huán)及其熱效率

1.卡諾循環(huán)是兩個熱源的可逆循環(huán)絕熱壓縮等溫吸熱絕熱膨脹等溫放熱12233445第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2.卡諾循環(huán)熱效率第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二討論：2）3）第二類永動機不可能制成。

4）實際循環(huán)不可能實現(xiàn)卡諾循環(huán)，原因：

a）一切過程不可逆；

b）氣體實施等溫吸熱，等溫放熱困難；

c）氣體卡諾循環(huán)wnet太小，若考慮摩擦，輸出凈功極微。

5）卡諾循環(huán)指明了一切熱機提高熱效率的方向。1）即循環(huán)凈功小于吸熱量，必有放熱q2。第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1234TLmpnoTH。。。。1.15.2概括性卡諾循環(huán)

1.回熱3.概括性卡諾循環(huán)及其熱效率12TsO.34...qq’2.極限回熱q第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.15.3多熱源可逆循環(huán)1.平均吸（放）熱溫度注意：1）Tm僅在可逆過程中有意義2.多熱源可逆循環(huán)2)．o12s1s2T1T2TmsT．o12nmT1T2TmLsT．．TmHAopgrB....第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.15.4卡諾定理

定理1：在相同溫度的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的

種類無關，與采用哪種工質(zhì)也無關。

定理2：在同為溫度T1的熱源和同為溫度T2的冷源間工作的

一切不可逆循環(huán)，熱效率必小于可逆循環(huán)熱效率。

理論意義：1）提高熱機效率的途徑：可逆、提高T1，降低T2；

2）提高熱機效率的極限。第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二循環(huán)熱效率歸納：適用于一切工質(zhì)，任意循環(huán)適用于多熱源可逆循環(huán)，任意工質(zhì)適用于卡諾循環(huán)，概括性卡諾循環(huán),任意工質(zhì)第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.16.1水蒸氣朗肯循環(huán)

1）流程圖2）p-v及T-s圖...123456..p1.12465.p1p2.3...ss.1-16簡單蒸汽動力裝置循環(huán)—朗肯循環(huán)第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二

3）朗肯循環(huán)的熱效率若忽略水泵功，同時近似取h4h3，則第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二

1.16.3初參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響

1.初溫t1.1T2T不變.....第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2.初壓力p1但x2下降且p太高造成強度問題.....不變3.背壓

p2基本不變...2b3b4b但受制于環(huán)境溫度，不能任意降低同時，x2下降。.第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二...123465p1......2act4act1.16.4有摩阻的實際朗肯循環(huán)

1.T-s圖及熱效率忽略水泵功：不變...2.不可逆性衡量

汽輪機內(nèi)部相對效率ηT（簡稱汽機效率）近代大功率汽輪機ηT在0.92左右（h1–h2—理想絕熱焓降）第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1.16.5

核電廠循環(huán)的理論熱效率4-1水在蒸汽發(fā)生器中的預熱、汽化過程近似認為定壓過程1-2過程絕熱2-3乏汽在冷凝器中冷凝，也為定壓過程4-3絕熱壓縮，給水泵消耗的功循環(huán)凈功第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二忽略水泵功

1.16.6蒸汽參數(shù)對循環(huán)的影響1.蒸汽初壓力的影響

●循環(huán)平均放熱溫度T

m2

相等,但1p2p341p的平均吸熱溫度比循環(huán)12341

平均吸熱溫度高，因此初壓較高的循環(huán)1p2p341p熱效率較高?！駟渭兲岣叱鯄毫?，雖可使熱效率提高，但同時也造成汽輪機出口蒸汽干度下降，蒸汽干度過低將危及汽輪機的安全運行。第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二●壓水堆用二回路采用飽和蒸汽，飽和蒸汽的溫度和壓力一一對應，提高二回路蒸汽溫度的效果和提高壓力效果一樣?！裉岣叨芈氛羝麥囟龋ɑ驂毫Γ┬杼岣咭换芈防鋮s劑的溫度，應提高一回路壓力，所以，提高一回路冷卻劑壓力是提高核電廠循環(huán)熱效率的有效途徑。但是，這種影響受到水的熱物理性質(zhì)的制約。例如，大亞灣核電廠反應堆出口冷卻劑平均溫度為329.8℃，一回路壓力為15.5MPa（飽和溫度344.7℃）。若將之提高到20MPa，其飽和溫度365.7℃，兩者相比，雖然冷卻劑飽和溫度提高了21℃，可以使二回路蒸汽的初溫有一定的提高，而帶來循環(huán)熱效率的些微提高，但一回路壓力卻因此而提高了4.5MPa，這將提高系統(tǒng)內(nèi)各主要設備的承壓要求及材料和加工制造的難度，最終影響到電廠的經(jīng)濟性所以，目前壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)的工作壓力大多在15MPa。第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2.乏汽參數(shù)的影響

●維持蒸汽初參數(shù)p1、T1不變，降低乏汽壓力p2，平均吸熱溫度僅稍有下降，而平均放熱溫度卻明顯下降，因此熱效率將提高。

●乏汽壓力p2選擇取決于冷凝器內(nèi)冷卻流體的溫度，冷卻流體是自然界中的水。降低p2受制于環(huán)境溫度。★提高核電廠循環(huán)熱效率的方法，除提高初溫（初壓）及降低終壓外，還可以從減少循環(huán)的不可逆性和改進循環(huán)著手，如采用抽汽回熱循環(huán)、再熱循環(huán)等。3.新蒸汽采用過熱蒸汽

由于受反應堆壓力的牽制，一回路冷卻劑出口溫度升高的余地不大，二回路蒸汽采用過熱則必然降低壓力不變第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1-17再熱循環(huán)1.17.1設備流程及T-s