《工程熱力學(xué)》 課件第10、12章 蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)、制冷循環(huán)、濕空氣

第十章

蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)蒸汽及蒸汽動(dòng)力裝置(steampowerplant)

：

1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，19世紀(jì)后期

蒸汽動(dòng)力裝置的大量使用，促使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，促使資本主義誕生。

2）目前世界75%電力，國(guó)內(nèi)78%電力來(lái)自火電廠(chǎng)，絕大部分來(lái)自蒸汽動(dòng)力。

3）蒸汽動(dòng)力裝置可利用各種燃料。

4）蒸汽是無(wú)污染、價(jià)廉、易得的工質(zhì)。蒸汽電廠(chǎng)示意圖§10-1簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)

—郎肯循環(huán)(Rankinecycle)一.簡(jiǎn)介二.朗肯循環(huán)

1.水蒸氣的卡諾循環(huán)水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)，但：

1）臨界溫度受限，溫限小；

2）膨脹末端x太?。?/p>

3）壓縮兩相物質(zhì)的困難；

所以，實(shí)際并不實(shí)行卡諾循環(huán)。2.朗肯循環(huán)

a）流程圖b）p-v，T-s及h-s圖

c）朗肯循環(huán)的熱效率???若忽略水泵功，同時(shí)近似取h4

h3，則

d）耗汽率(steamrate)及耗汽量

理想耗汽率(idealsteamrate)

d0

—裝置每輸出單位功量所消耗的蒸汽量耗汽量三.初參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響

1.初溫t1

or循環(huán)1t2t3561t=循環(huán)123561+循環(huán)11t2t212.初壓力p1但x2下降且p太高造成強(qiáng)度問(wèn)題3.背壓p2但受制于環(huán)境溫度，不能任意降低同時(shí)，x2下降討論：我國(guó)幅員遼闊，四季溫差大，對(duì)蒸汽發(fā)電

機(jī)組有什么

影響？四.有摩阻的實(shí)際朗肯循環(huán)

1.T-s圖及h-s圖忽略水泵功：

c）裝置有效熱效率ηe

Pe—有效軸功率

ηm—機(jī)械效率

b）裝置內(nèi)部熱效率—internalthermalefficiency

忽略水泵功：考慮機(jī)械損失3.實(shí)際內(nèi)部耗汽率di和耗汽量Di§10-2再熱循環(huán)—reheatcycle;resuper-heatingcycle再熱對(duì)循環(huán)效率的影響

忽略泵功：ηt？其他影響：x末上升、d0下降；但復(fù)雜化，投資升?！?0-3回?zé)嵫h(huán)--regenerativecycle一.抽汽回?zé)嵫h(huán)—regenerativecyclewithsteamextraction;regenerativecyclewithfeed-waterheater二.回?zé)嵫h(huán)計(jì)算

1.抽汽量忽略泵功能量方程：2.回?zé)崞?regenerator)R

熵方程：3.循環(huán)熱效率

討論：

a）抽汽回?zé)幡莟上升

b）抽汽級(jí)數(shù)越多ηt越高

，若級(jí)數(shù)趨向無(wú)窮ηt=1？

思考：1）抽汽回?zé)嵫h(huán)否2）回?zé)崞魇情g壁式，α怎么求？3）回?zé)崞髦羞^(guò)程不可逆，為什么

循環(huán)ηt上升？第十一章

制冷循環(huán)—refrigerationcycle§11-1概述制冷循環(huán)熱泵循環(huán)

heat-pumpcycle逆向循環(huán)--reversecycleQc經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：深冷<1普冷>1

冷噸--1000kg0oC的飽和水在24小時(shí)內(nèi)冷凍成

0oC的冰所需的制冷量；

1冷噸=3.86kJ/s；（美國(guó)1冷噸=3.517kJ/s）制冷裝置工作性能系數(shù)COP；

§11-2壓縮空氣制冷循環(huán)

--Gas-compressionrefrigerationcyclepp二.制冷系數(shù)—thecoefficientofperformance(COP)定比熱—invariablespecificheatcapacity討論：

1）相同溫度的T0和TC2）三.回?zé)崾綁嚎s空氣制冷循環(huán)

壓縮空氣制冷，qc較小，且隨π上升，ε下降，為兼顧Qc及ε，采用大流量葉輪壓縮機(jī)并回?zé)帷?/p>

回?zé)岷螅?/p>

因?yàn)?/p>

面積12nm1=面積45gk4

所以

qc=面積1mg61

q1=面積34kn3=面積3’5’gm3’

ε相等，

π下降

§11-3壓縮蒸汽制冷循環(huán)

--Thevapor-compressioncycle一.簡(jiǎn)介節(jié)流閥代替膨脹機(jī)分析Ts12345682.少?gòu)睦鋷?kù)取走熱量?jī)?yōu)點(diǎn)：1.損失功量ab面積a84ba面積a86ba面積8468缺點(diǎn)：1.

省掉膨脹機(jī)，設(shè)備簡(jiǎn)化；2.

膨脹閥開(kāi)度，易調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度；84越陡越好利>弊二.制冷系數(shù)ε三.狀態(tài)參數(shù)確定過(guò)冷措施Ts12345lnph123455’4’不變4’5’工程上常用§11-4制冷劑(Refrigerants)性質(zhì)

制冷劑熱力性質(zhì)：

1.對(duì)應(yīng)制冷裝置工作溫度的飽和壓力適中；

2.汽化潛熱大；

3.臨界溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度；

4.蒸汽比體積小，導(dǎo)熱系數(shù)大；

5.蒸發(fā)壓力不低于環(huán)境壓力，三相點(diǎn)低于制冷循環(huán)下限溫度。

6.上、下界限線(xiàn)（在T-s圖）陡峭，使冷凝更接近定溫放熱及減少節(jié)流引起制冷能力損失。制冷劑其他性質(zhì)

1.對(duì)環(huán)境友善

2.安全無(wú)毒

3.溶油性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，蒙特利爾協(xié)定書(shū)

CHCCHCHCR134a§11-6熱泵循環(huán)—heatpump一.簡(jiǎn)介二.供熱系數(shù)工業(yè)鍋爐：電廠(chǎng)熱效率：熱泵供暖系數(shù)：

三.熱泵供暖

例：華北某市熱電廠(chǎng)排出水溫30℃以上，余熱量如以熱泵回收，能滿(mǎn)足1000萬(wàn)平方米建筑物采暖，一年節(jié)煤100萬(wàn)噸。

使用限制：

1.ε'與TR-T0反比，所以北方ε'比較低。

2.制冷，供暖聯(lián)合運(yùn)行工質(zhì)性質(zhì)要求苛刻。

3.環(huán)境熱源土壤，水，空氣分別存在λ小、

凝固、腐蝕等。第十二章理想氣體混合物及濕空氣

—moistair;atmosphericair12-1理想氣體混合物

假定：

1.混合氣體內(nèi)部無(wú)化學(xué)反應(yīng)，成分不變；

2.各組元?dú)怏w都有理想氣體的性質(zhì)，

3.混合后仍具有理想氣體的性質(zhì)；

4.各組元?dú)怏w彼此獨(dú)立，互不影響。

相對(duì)成分=

分量

總量相對(duì)成分

混合氣體質(zhì)量kg

摩爾數(shù)kmol

容積m3項(xiàng)目

第i種組成氣體絕對(duì)成分一、混合氣體的折合摩爾質(zhì)量及折合氣體常數(shù)1、混合氣體成分的幾種表示方法：體積分?jǐn)?shù)：

Vi為分體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)：2、混合氣體折合摩爾質(zhì)量3、混合氣體的折合氣體常數(shù)二、分壓力定律和分體積定律1、分壓力及分體積在與混合物溫度相同的情況下，每一種組成氣體都獨(dú)自占據(jù)體積V時(shí)，組成氣體的壓力稱(chēng)為分壓力。用pi表示。

各組成氣體都處于與混合物溫度、壓力相同的情況下，各自單獨(dú)占據(jù)的體積稱(chēng)為分體積。用Vi表示。T,V

p1T,V

p2T,V

p

nT,…

V

2、分壓力定律混合氣體的總壓力等于各組成氣體分壓力之和，稱(chēng)為道爾頓(Dalton)分壓定律p,T

p,TV1,n1p,TV2,n2p,TV

n,n

nV=V1+V2+┅+Vi+┅+Vnn=

n1+n2+┅+ni+┅+nn…3、分體積定律理想氣體混合物的總體積等于各組成氣體分體積之和，稱(chēng)為亞美格(Amagat)分體積定律三、wi、xi、

i的轉(zhuǎn)算關(guān)系12-2理想氣體混合物的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵1、比熱容2、熱力學(xué)能和焓熱力學(xué)能和焓均為廣延參數(shù)同理：3、熵熵為廣延參數(shù)熵變同理：12–3濕空氣

地球上的大氣由氮、氧、氬、二氧化碳、水蒸氣及極微量的其他氣體所組成。水蒸氣以外的所有組成氣體稱(chēng)為干空氣，看作是不變的整體。因此，大氣是干空氣與水蒸氣組成的混合氣體。

干空氣隨時(shí)間、地理位置、海拔、環(huán)境污染

等因素而產(chǎn)生微小的變化，為便于計(jì)算，將干空氣標(biāo)準(zhǔn)化（不考慮微量的其它氣體）

成分相對(duì)分子質(zhì)量摩爾成分O232.0000.2095N228.0160.7809Ar39.9440.0093CO244.010.0003濕空氣=干空氣(dryair)+

水蒸氣(watervapor)濕空氣是理想氣體混合物一.未飽和濕空氣(unsaturatedair)和

飽和濕空氣(saturatedair)所以空氣飽和與否取決于t，pv空氣中的水蒸氣如空氣達(dá)成飽和的途徑

t不變，pv上升，pv=ps(t)pv不變，t下降，t=ts(pv)二.露點(diǎn)—dewpoint

濕空氣中水蒸氣壓力pv所對(duì)應(yīng)

的飽和溫度，td=ts(pv)。12-4濕空氣的狀態(tài)參數(shù)一.絕對(duì)濕度(absolutehumidity)ρv

每立方米濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量

kg/m3所以3）ρv數(shù)值不能直接反映濕空氣吸濕能力的大小

如pv=0.6566kPa，1℃時(shí)pv=ps，無(wú)吸濕能力

10℃時(shí)pv<ps有吸濕能力。

二.相對(duì)濕度（飽和度）--humidity

φ——濕空氣中水蒸氣含量與同溫度下

最大可能含量之比。所以φ=0干空氣0<φ<1未飽和空氣φ=1飽和空氣吸濕能力下降注：當(dāng)t>ts（p），如在1atm時(shí)，t>100℃時(shí)，

由于水蒸汽的最大壓力（飽和壓力）ps>p三.含濕量d——每kg干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量討論：a）當(dāng)p一定時(shí)，12-5.干球溫度t—dry-bulbtemperature，濕球溫度tw

--wet-bulbtemperature

1.干、濕球溫度計(jì)原理(wet-and-dry-bulbthermometer)干濕球溫度計(jì)12-6濕空氣的焓-濕圖—psychrometricchart一.濕空氣的焓東南大學(xué)清華大學(xué)北京林業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)濕空氣的焓也可由下式計(jì)算適用范圍：pb=101.325kPa、t

50℃，若pb≠101.325kPa，需按下式修正：以上均為浜田棠-吉田崇提出，在t不超過(guò)55℃時(shí)，誤差不大于1%。

二.濕空氣其他狀態(tài)參數(shù)

按1kg干空氣加dkg水蒸氣的理想氣體混合物計(jì)算

注：濕空氣中水蒸氣的參數(shù)可以通過(guò)查水和水蒸氣

的熱力性質(zhì)表確定，也可以按理想氣體性質(zhì)計(jì)算。三.h-d圖注意：h-d圖隨pb改變而改變A）制圖依據(jù)B）線(xiàn)群介紹

1）定d線(xiàn)一組平行于縱坐標(biāo)的直線(xiàn)群。露點(diǎn)td是濕空氣d冷卻到=100%時(shí)的溫度。因此，含濕量d相同、狀態(tài)不同的濕空氣具有相同的露點(diǎn)。

2）定h線(xiàn)3）定t線(xiàn)由h=1.005t+(2501+1.86t)d

，當(dāng)濕空氣的干球溫度t=定值時(shí)，h和d間成直線(xiàn)變化關(guān)系。t不同時(shí)斜率不同。因此等t線(xiàn)是一組互不平行的直線(xiàn)，t愈高，則等t線(xiàn)斜率愈大。

4）定tw線(xiàn)

絕熱增濕過(guò)程近似為等h過(guò)程，濕空氣的濕球溫度tw(近似等于絕熱飽和溫度tw')是沿等h線(xiàn)冷卻到φ=100%時(shí)的溫度。因此，焓值相同狀態(tài)不同的濕空氣具有相同的濕