清华大学热工基础

16-1蒸汽动力装置循环研究热机循环的方法：建立实际循环的简化热力学模型，用简单、典型的可逆过程和循环来近似实际复杂的不可逆过程和循环，通过热力学分析确定其基本规律。火力发电厂的蒸汽动力装置以水蒸气为工质，主要由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵四个设备组成。锅炉汽轮机冷凝器水泵冷却水过热蒸汽乏汽循环水发电机21.朗肯循环朗肯循环是一个简化的理想蒸汽动力循环，由4个理想化的可逆过程组成：3-4：水在给水泵中的可逆绝热压缩过程;4-5-6-1：水与水蒸气在锅炉中的可逆定压加热过程；1-2：水蒸气在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程；2-3：乏汽在冷凝器中的定压放热过程。32.朗肯循环的净功及热效率在朗肯循环中，每千克蒸汽对外所作出的净功net,12,34ss根据稳定流动能量方程式,1212swhh,3443swhhnet1243()()whhhh每千克蒸汽在锅炉中的定压吸热量为114qhh根据热效率定义，可得朗肯循环的热效率为nett1wq,12,341sswwq124314()()hhhhhh4由于水的压缩性很小，水泵消耗的功与汽轮机作出的功相比甚小，可忽略不计，430hh1243t14()()hhhhhh12121413hhhhhhhh汽耗率：动力装置每输出1J功所消耗的蒸汽量net1dw单位：kg/J工程单位：kg/（kW·h)1kW·h=3600kJ1kg/J=3600kg/(kWh)53．蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响朗肯循环的热效率与新蒸汽的温度t1(初温)、压力p1(初压)、以及乏汽的压力p2(终压)有关。1212t1413hhhhhhhh将朗肯循环折合成熵变相等、吸（放）热量相同、热效率相同的卡诺循环。11abqTss211tTT提高吸热平均温度或降低放热平均温度都可以提高循环的热效率。6(1)蒸汽初温t1的影响保持p1、p2不变，将t1提高，则吸热平均温度提高，循环热效率将提高；乏汽干度增加有利于汽轮机安全工作。提高t1受材料耐热强度限制。(2)蒸汽初压的影响保持t1、p2不变，提高p1，将提高吸热平均温度，提高循环的热效率。然而，乏汽的干度减小，将影响汽轮机后几级叶片安全。x0.857(2)乏汽压力的影响保持t1、p1不变，降低p2，则对应的饱和温度T2（即放热温度）降低，循环热效率将有所提高。但是，终压的降低受冷凝器冷却介质温度(环境温度)的限制。结论：为了提高蒸汽动力循环的热效率，应尽可能提高蒸汽的初压和初温，并降低乏汽压力。84．提高蒸汽动力循环热效率的其他途径（1）再热循环再热可以增加蒸汽的干度，以便在初温限制下采用更高的初压，从而提高循环热效率。通常一次再热可使热效率提高2％～3.5％。再热循环的设备复杂，投资大，只有蒸汽压力在13MPa以上的大型火力发电厂才采用。9（2）回热循环回热循环提高了吸热平均温度，提高了循环热效率。抽汽量的大小根据质量守恒和能量守恒确定，应使kg抽汽所放出的热量等于(1-)kg凝结水加热到抽汽压力下的饱和温度。10根据热力学第一定律，回热加热器中的能量平衡式为7994()(1)()hhhh9474hhhh9373hhhh循环热效率为211tqq2319(1)()1hhhh抽汽压力取决于锅炉前给水温度(t10t9)。回热级数：级数愈多，t愈高，费用愈大。小型发电厂1～3级，中大型发电厂4～8级。11（3）热电联供循环1）背压式汽轮机热电联供循环2）抽汽式汽轮机热电联供循环热电联供：用发电厂乏汽的余热来满足热用户的需要。（热电厂）能量利用系数K已被利用的能量工质从热源得到的能量两个热经济性指标：t、K12第七章制冷装置循环制冷装置：能够维持物体温度低于周围环境温度的设备。高温热源放热Q1制冷装置Wnet吸热Q2低温热源制冷装置循环是一种逆向循环。压缩式制冷装置气体压缩式制冷装置蒸气压缩式制冷装置吸收式制冷装置吸附式制冷装置蒸气喷射式制冷装置半导体制冷装置制冷装置分类137-1空气压缩制冷循环利用空气绝热膨胀时温度降低来获得低温。原理：理想化的可逆空气压缩制冷循环:1-2为可逆绝热压缩过程；2-3为可逆定压放热过程；3-4为可逆绝热膨胀过程；4-1为可逆定压吸热过程。14若空气的比热容为定值，则12323()pqhhcTT21414()pqhhcTT空气压缩制冷循环的制冷系数为212qqq142314()()TTTTTT231411TTTT对于可逆绝热过程1－2及3－412211TpTp13344TpTp23pp14pp32321414TTTTTTTT121pp1增压比151211111TT在相同的大气温度T3和冷藏室温度T1下，逆向卡诺循环的制冷系数为1C331111TTTTT32TT由于C降低增压比可以提高制冷系数。但是愈小，每一循环压缩机吸入的空气量愈少，制冷量就愈小。采用流量大的叶轮式压缩机和膨胀机，并加回热装置，可以增大制冷量。16回热式空气压缩制冷装置1－2为定压预热过程；2－3为绝热压缩过程；3－4为定压放热过程；4－5为定压放热过程；5－6为绝热膨胀过程；6－1为定压吸热过程；与无回热循环13’5’61相比，循环制冷量q2、放热量q1相等，制冷系数相同，增压比减小，可采用增压比小、流量大的叶轮式压缩机和膨胀机，提高制冷量。177-2蒸气压缩制冷循环空气压缩制冷循环的优点：工质容易获得、成本低、无毒安全。缺点：空气的比热容小，单位质量空气的制冷量比较小；吸热、放热均在定压下进行，偏离逆向卡诺循环较大，经济性差。蒸气压缩制冷循环：用低沸点物质（大气压下的沸点低于0℃）作为工质（制冷剂），利用其在定压下汽化和凝结时温度不变的特性实现定温放热和定温吸热，可以大大提高制冷系数；制冷剂的汽化潜热较大，因此制冷量大。181.蒸气压缩制冷循环分析1-2：绝热压缩过程2-3：定压凝结放热过程3-4：绝热节流过程4-1：定压蒸发吸热过程1-2：绝热压缩过程21413qhhhh123qhh制冷系数：212qqq132313()()hhhhhh1321hhhh192.制冷剂理论上制冷剂应主要具有以下特点：1.大气温度对应的饱和压力不要太高，冷库温度对应的饱和压力不要太低；2.气化潜热要大，蒸气比体积要小；常用制冷剂：3.具有较高的临界温度；4.化学稳定，在工作温度范围内不分解，不腐蚀设备，无毒，不易起火和爆炸，不污染环境（对臭氧层无破坏作用，无温室效应），价格低廉，来源充足等。氟利昂（CFC11,CFC12等）、氨。20氟利昂制冷剂对环境的破坏作用：1.破坏臭氧层；2.温室效应。1985年联合国通过了“保护臭氧层维也纳公约”，我国1989年7月参加。1987年几十个国家又共同制定了保护臭氧层的“蒙特利尔协议书”，，我国1992年8月正式成为缔约国。“蒙特利尔协议书”规定：发达国家从1996年1月1日起，发展中国家从2006年1月1日起禁止使用与生产CFC物质。氟利昂替代物的研究成为世界热门研究课题。217-4热泵热泵装置与制冷装置的工作原理相同，只是工作目的不同，前者为了供热，后者为了制冷。22热泵的供热系数：1qw供热系数与制冷系数之间的关系2'1wqw热泵装置可以将大量较低品位（即较低温度）的热能提升为较高品位（即较高温度）的热能，以满足生产和生活上的需要。水源热泵的开发利用。作业：6－1、7－323第一篇工程热力学第一章基本概念第二章热力学第一定律第三章理想气体的性质与热力过程第四章热力学第二定律第五章水蒸气与湿空气第六章动力装置循环第七章制冷装置循环