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蒸汽动力循环与制冷循环.pdf

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第六章 蒸汽动力循环与制冷循环 6蒸汽动力循环与制冷循环 6.1蒸汽动力循环 6.2节流膨胀与作外功的绝热膨胀 6.3制冷循环 6.4深冷循环（气体液化循环） 本章目的与内容 „目的：研究热、功转换过程的效果和影 响因素，寻求能量转换的效率的方法。 „内容： „（1）蒸汽动力循环及热力学分析 „（2）制冷循环及热力学分析 „（3）深冷和热泵的原理及热力学分析 本章要求及重点、难点 „（1）熟练了解并掌握简单Rankine循环的T-S图及计 算。 „（2）了解Rankine循环的改进措施。 „（3）了解节流膨胀和等熵膨胀的原理和应用。 „（4）熟练了解并掌握单级蒸汽压缩制冷循环的T-S图 及计算。 „（5）了解吸收制冷循环和热泵的原理及应用。 重点：简单Rankine循环和单级蒸汽压缩制冷循环 难点：节流膨胀和等熵膨胀的原理 6.1蒸汽动力循环 „一.蒸汽动力循环为正向卡诺循环 „二.蒸汽动力循环 1.工作原理及T-S图 蒸汽动力循环的主要设备有： 透平机（汽轮机） 冷凝器 水泵 锅炉、过热器等组成 工作介质一般为水 PT的高压高温蒸汽进入 111 气轮机等熵膨胀到状态 气 轮2，同时对外做功，2点状 机态为乏汽从汽轮机流出后 2进入冷凝器，乏汽在冷凝 器中放出汽化潜热而变为 冷该压力下的饱和水，放出 锅炉凝 器的热量由冷却水带走，达 43到状态3，饱和水经水泵 升压到P1进入锅炉，在锅 炉吸收热量，使工质变化 水泵到状态1，完成一个循 环。 问题在于： 1）湿蒸汽对汽轮机T-S图 和水泵有浸蚀作用， T 汽轮机带水量不得超 过10%，水泵不能带 QH 入蒸汽进泵；41 T吸 Ws 2）绝热可逆过程实 T放32 际上难以实现。 QL 第一个具有实际S 意义的蒸汽动力循环 是朗肯循环。 2.朗肯(Rankine)循环 朗肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循环不同表现在 （1）工质进汽轮机状态不同卡诺循环：湿蒸汽 朗肯循环：干蒸汽 （2）膨胀过程不同卡诺循环：等熵过程 朗肯循环：不可逆绝热过程 （3）工质出冷凝器状态不同卡诺循环：气液共存 朗肯循环：饱和水 （4）压缩过程不同卡诺循环：等熵过程 朗肯循环：不可逆绝热过程，若忽 略掉工作介质水的摩擦与散热，可 简化为可逆过程。 （5）工作介质吸热过程不同卡诺循环：等温过程 郎肯循环：不可逆吸热过 程，沿着等压线变化 理想朗肯循环 蒸汽动力循环主要由水泵、锅 原理炉、透平机和冷凝器组成。 1蒸 汽理想Rankine循环 水作 功 加透1 热平 至机等 可逆吸热S 过等 热T4膨 锅炉2S胀 蒸蒸压 汽冷汽缩 凝冷3相变2 器凝 水压缩成 43水 水泵S QHW1=Δ4→−1S=HH1−4 理想Rankine循环0 WQHS=−+Δ1→2=HH2−1 10WHP=Δ3→4=HH4−3 P4 =VPP（）4−3 =V∫水dP水 过P 热透WS3 器平1 机膨胀功 锅炉2 Q1W 冷T4N 凝 器32 QQ1 42Q2 水泵 3S WP压缩功ab 定压升温定温定压汽化定压升温 水⎯⎯⎯→⎯沸点⎯⎯→⎯⎯饱和蒸汽⎯⎯⎯⎯→⎯过热蒸汽 1—2’对应于汽轮机 T 2’—3冷凝器进行，在冷凝器里 1 冷却水把工作介质的热量带走使 其由气体转变为液体。 4 322 ’3—4水泵中进行加压 S 4—1锅炉进行，水在锅炉中恒 压加热。 3.朗肯循环过程的热力学计算 (1)工作介质在锅炉中吸热量 gkJ/k QHHHH=Δ41=1−4 (2)工作介质在冷凝器中排放的热量 gkJ/k QHHHL=Δ2'3=3−2' QHHHL=Δ23=3−2（理想） (3)汽轮机工作介质的单位产功量 ws=HΔ12'=2H'−1HgkJ/k ws=HΔ12=H2−1H（理想） WHH1−' ∵η=S=2 s∴WW=η WSRHH1−2SsSR (4)水泵中工作介质的单位 耗功量 wp=HΔ=4H−3HkJ/kg 由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可按下列 式近似计算 w=vdp=vΔp=vp−p p∫(43) (5)热效率 定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量 ws+HHHHwp()−+(−) 数学式：η==2143 QHHH1−4 Qwpppws −w ∴η=s QH 4.应用举例 [P135-138例6-1~6-2]例6-1自学 例6-2某核动力循环如图所示，锅炉从温度为320℃的核反应堆 吸入热量Q1产生压力为7MPa、温度为360℃的过热蒸汽（点1）， 过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于0.008MPa压力下排出（点2），乏 气在冷凝器中向环境温度t0=20℃下进行定压放热变为饱和水 （点3），然后经泵返回