1、甘電投張掖發(fā)電有限責(zé)任公司 2300MW汽機(jī)專業(yè)培訓(xùn)教材第二章 熱工學(xué)理論基礎(chǔ)自從發(fā)明蒸汽機(jī)以后，各類熱力原動機(jī)相繼發(fā)展起來，先后出現(xiàn)了汽油發(fā)動機(jī)、柴油機(jī)、汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等。而汽輪機(jī)以功率大、效率高、運(yùn)行可靠著稱，成為帶動發(fā)電機(jī)的首選原動機(jī)。熱工學(xué)理論，正是在這些熱機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上形成的。熱能的利用包括兩種方式:一種是把熱能直接用于加熱物料；另一種是把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。因此熱能利用過程與能量傳播和轉(zhuǎn)換過程是緊密相關(guān)的。熱工學(xué)理論是以熱力學(xué)的兩個基本定律為基礎(chǔ)。因?yàn)闊崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能是通過工質(zhì)的熱力過程和熱力循環(huán)來完成，因而對過程和循環(huán)的分析是熱力學(xué)的主要內(nèi)容；對熱力過程和熱力循環(huán)進(jìn)行分析時，

2、必須用到工質(zhì)水及其蒸汽的性質(zhì)，故對于蒸汽性質(zhì)及其循環(huán)的討論也是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。第一節(jié) 基木概念自然界中存在的物質(zhì)有固體、液體、氣體三種狀態(tài)。每種物質(zhì)隨著外界條件的變化，它本身的狀態(tài)也發(fā)生變化。比如，水是液體，當(dāng)加熱時，它的溫度升高，變成氣體水蒸汽；反之，如將水冷卻，它的溫度下降，又變成固體冰。在熱機(jī)里要使熱能不斷轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，一定要借助一種工作物質(zhì)，把這種實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)，叫做工質(zhì)。了解工質(zhì)性質(zhì)尤為重要。工質(zhì)的變化規(guī)律，是通過溫度、壓力、比容、焓、熵等物理特性來表示，凡能夠表示工質(zhì)狀態(tài)特性的物理量，統(tǒng)稱為狀態(tài)參數(shù)。一、溫度溫度是表示物體冷熱程度的物理量。熱物體溫度高，冷物體

3、溫度低，當(dāng)兩個物體接觸時，溫度高的物體就向溫度低的物體傳熱。如果二者間沒有熱量傳播，則兩個物體的冷熱程度一樣，即處于熱平衡狀態(tài)，兩物體溫度相等。在發(fā)電廠里，需要測量溫度的地方很多，如進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽溫度，冷卻水溫度、潤滑油溫度等。不知道各處的溫度，就不能了解運(yùn)行情況。處于熱平衡狀態(tài)的物體具有相同的溫度，這是利用溫度計(jì)測量物體溫度的依據(jù)。當(dāng)溫度計(jì)與被測物體達(dá)到熱平衡狀態(tài)時，溫度計(jì)的溫度即等于被測物體的溫度。溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。常用的有熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。1、熱力學(xué)溫標(biāo)(絕對溫標(biāo))國際單位制采用熱力學(xué)溫標(biāo)為基本溫標(biāo)。用這種溫標(biāo)確定的溫度稱為熱力學(xué)溫度(又稱絕對溫度)，符號為T，單位開爾文

4、，國際符號為K。熱力學(xué)溫標(biāo)選擇水的三相點(diǎn)（即水的固、液、汽三相平衡共存的狀態(tài)）為基本點(diǎn)，并定義它的溫度為273.16K。也就是定義熱力學(xué)溫度的單位開爾文等于水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，在工程計(jì)算中，取273已足夠準(zhǔn)確。從分子運(yùn)動論看來，T=0K時，物體分子停止運(yùn)動。顯然，0K實(shí)際上是達(dá)不到的，只是為了理論分析才作此理論上的假設(shè)。2、攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)又稱為國際百度溫標(biāo)。它規(guī)定1.01325105Pa（l個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下純水的冰點(diǎn)為0度，沸點(diǎn)為100度，其間劃分一百等份，每一等份稱為一攝氏度，攝氏溫度用t表示，其單位為。攝氏溫度與絕對溫度的換算關(guān)系是：T273t 亦即攝氏溫標(biāo)1的間隔等

5、于熱力學(xué)溫標(biāo)1K的間隔，即tT。從微觀角度講，氣體的溫度是組成氣體的大量分子平均動能的量度。溫度越高，氣體內(nèi)部分子不規(guī)則熱運(yùn)動越劇烈。熱運(yùn)動的劇烈程度不同，說明了氣體的狀態(tài)不同。二、壓力在汽輪機(jī)運(yùn)行中，我們要經(jīng)常監(jiān)督各處的壓力，比如蒸汽的壓力，油的壓力，水的壓力等。通過檢查各處壓力表的指示，就可以判斷汽輪機(jī)各部分工作是否正常。工質(zhì)在容器壁面單位面積上所施加的垂直作用力稱為壓力，用符號P表示。根據(jù)氣體分子運(yùn)動論，氣體的壓力是氣體分子作不規(guī)則運(yùn)動時撞擊容器壁面的結(jié)果。由于氣體內(nèi)部所含的分子數(shù)目相等，它們對容器撞擊的次數(shù)極為頻繁，因而人們不可能分辨單個分子的撞擊，只能觀察到大量分子撞擊的平均結(jié)果。壓

6、力的方向總是垂直于容器壁面。壓力的單位可由定義得到：PF/A 式中：F作用力，N；A承壓面積，；P壓力，Pa。工程上壓力的單位常用兆帕（MPa）表示：1Mpa106Pa壓力的單位也可用液柱的高度表示，參看右圖， 若液柱高度為H，該液柱對底面積A的總作用力等于液柱的重量。即： PAHAg PHg 式中，為液體密度；g為重力加速度。水的密度水1000kg/m（4時），汞的密度汞13595 kg/m（O時）,由上式可得出:1mmH2O9.80665Pa9.81 Pa1mmHg133.322 Pa133.3 Pa工程上容器內(nèi)的壓力用壓力表來測量。一般采用彈簧管式壓力表測量，較小壓力采用U形管壓力計(jì)測量

7、。下圖（a）、（b）分別為彈簧管式壓力表和U形管式壓力表。這些表計(jì)的測量原理都是建立在力平衡基礎(chǔ)上的，彈簧管式管外作用著（當(dāng)時）當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?，管?nèi)作用著容器內(nèi)氣體的真實(shí)壓力。當(dāng)容器內(nèi)氣體的真實(shí)壓力等于周圍大氣壓力時，壓力表上的指針不動而指在零位。只有當(dāng)氣體的真實(shí)壓力與大氣壓力不相等時，表上的指針才開始移動。所以表上所指示的數(shù)值是真實(shí)壓力與大氣壓力的差值。同理，U形管式壓力計(jì)是左右連通管保持力平衡，液面的差值所反映的壓力也是工質(zhì)的真實(shí)壓力和大氣壓力之間的差值。工質(zhì)的真實(shí)壓力稱為絕對壓力，以P表示。大氣壓力以Pb表示。絕對壓力大于大氣壓力時，超出大氣壓力之值，即表計(jì)所測出的壓力稱為表壓力，以Pg

8、表示，根據(jù)力平衡原理,顯然PPbPg 當(dāng)容器內(nèi)的絕對壓力低于大氣壓力時（PPb），測壓儀表指示的讀數(shù)稱為負(fù)壓或真空度，用Pv表示。則有： PPbPv 絕對壓力、表壓力、大氣壓力和真空度之間的關(guān)系，可用下圖表示。大氣壓力的值可用氣壓計(jì)測定，其數(shù)值隨測量的時間、地點(diǎn)而不同(工程計(jì)算時，大氣壓力近似取Pb=1105Pa)。因此，表計(jì)所測得的壓力也隨之改變，所以只有絕對壓力才能作為狀態(tài)參數(shù)，而表壓力和真空度都不是狀態(tài)參數(shù)。三、密度及比容工質(zhì)所占有的空間稱為容積，用符號V表示，單位為米(m)。單位容積內(nèi)所含工質(zhì)的質(zhì)量稱為密度，以符號表示。若m（kg，千克）工質(zhì)占有的容積為V，則它的密度為： m/V 單位

9、質(zhì)量的工質(zhì)所占有的容積稱為比容，用符號表示。若m（kg）工質(zhì)占有V(m)的容積，則比容為：V/m 不難看出，比容和密度互為倒數(shù),即：1 對于同一種工質(zhì)而言，比容和密度中的任何一個都可作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，但二者互不獨(dú)立，而是同一個參數(shù)的兩種不同的表示方法。在熱工學(xué)中，通常用比容作為狀態(tài)參數(shù)。四、熱量和比熱1、熱量在熱力學(xué)中將要分析的對象用某些邊界與周圍物體分隔開來，這種被人為分離出來的對象稱為熱力系。熱量是一個重要的概念，在熱力學(xué)中它可以定義為，熱量是在沒有質(zhì)量傳遞的情況下，因熱力系與外界之間的溫差而通過邊界所傳遞的能量。熱量也稱作熱。當(dāng)溫度不同的兩個物體相接觸時，高溫物體會逐漸變冷，低溫物體會

10、逐漸變熱。顯然，有一部分能量由高溫物體傳給了低溫物體，這種僅僅由于溫度不同而傳遞的能量就是熱量。因此，熱量是在熱傳遞過程中物體內(nèi)部能量改變的量度。它不是狀態(tài)參數(shù)，而是和過程緊密相關(guān)的一個過程量。所以不應(yīng)該說“系統(tǒng)在某狀態(tài)下具有多少熱量”，而只能說“系統(tǒng)在某過程中與外界交換了多少熱量”。lkg工質(zhì)與外界交換的熱量用符號q表示，單位為J/kg或KJ/kg。m（kg）工質(zhì)吸收（或放出）的熱量用符號Q表示，單位為J或KJ。則 qQ/ m KJ/kg 由以上分析可知，熱量和功都是能量傳遞的度量，都不是狀態(tài)參數(shù)。但是熱量和功量又有不同之處，在做功過程中往往伴隨著能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換。如工質(zhì)膨脹推動活塞對外作功的

11、過程中，熱能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能。當(dāng)過程反過來進(jìn)行時，機(jī)械能又轉(zhuǎn)變成了工質(zhì)的熱能。而在傳熱過程中，高溫物體把自己的熱能傳遞給低溫物體，成為低溫物體的熱能,在過程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。2、比熱在熱工計(jì)算中，經(jīng)常要計(jì)算工質(zhì)吸收或放出的熱量，這就要求建立比熱的概念。由試驗(yàn)知，給不同的氣體加熱使它們升高相同的溫度，所需的熱量是不同的。物體溫度升高（或降低）1K，所吸收（或放出）的熱量，稱為該物質(zhì)的熱容量，單位為KJ/K。物體熱容量的大小與組成該物體的物質(zhì)有關(guān)，還與該物質(zhì)的質(zhì)量和加熱過程有關(guān)。單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高（或降低）1K，所吸收（或放出）的熱量，稱為該物質(zhì)的比熱容量，簡稱比熱。熱量的單位為J或KJ；

12、溫度升高（或降低）的數(shù)值就是溫差，而t=T，所以溫差的單位和K是一樣的；質(zhì)量的單位可以采用千克（kg）、千摩爾（Kmol）、標(biāo)準(zhǔn)立方米（m）。這樣對應(yīng)的比熱單位有KJ/ kg、KJ/ Kmol及KJ/ m等。對m（kg）質(zhì)量的氣體，所需熱量為：Qmc（t2t1） 式中：m工質(zhì)質(zhì)量，kg；c工質(zhì)的比熱，KJ/ kg；t1吸熱前的溫度，；t2吸熱后的溫度，。例如，汽輪機(jī)在啟動前進(jìn)行暖管，假如要加熱的這段蒸汽管的總質(zhì)量為2000kg，管子末端通蒸汽以前的溫度為30,暖管后使它的溫度達(dá)到530，那么暖管所需要的熱量，可這樣計(jì)算:從手冊中查出鋼的比熱是0.46 KJ/ kg，那么曖管所需熱量是:Q200

13、00.46（530-30）460000（KJ）根據(jù)這個熱量，還可算出暖管所需要的蒸汽量和產(chǎn)生的疏水量。假如在曖管過程中，每千克蒸汽放出的熱量是2000KJ，那么曖管所用蒸汽量是：4600002000=230 kg，產(chǎn)生的疏水量也是230kg。需要指出的一點(diǎn)，熱量有正負(fù)之分。熱力學(xué)中規(guī)定，工質(zhì)吸熱為正值，放熱為負(fù)值。五、功和功率在發(fā)電廠的汽機(jī)車間內(nèi)，吊車將汽輪機(jī)大蓋由原位置吊起來，我們說吊車對汽缸做了功。很明顯，大蓋質(zhì)量越大，吊起越高，吊車做的功就越大。因此,功的大小要根據(jù)作用力的大小和物體在力的作用方向上所通過的距離來決定。即力與沿力的方向上所產(chǎn)生的位移的乘積稱為功。其單位為焦耳：WFS 式中

14、：F作用力，N； S力的方向上的位移，m； W功量，J或KJ。但是，功的數(shù)量大小還不能說明完成功的強(qiáng)度。比如人們將同樣重量的車子由甲地推到乙地，一種辦法是用很短的時間很快的速度完成，另一種辦法是用較長的時間較慢的速度來完成，那么兩種辦法所完成功的強(qiáng)度顯然是不同的，前者完成功的強(qiáng)度大于后者。因此,要知道完成功的強(qiáng)度，必須知道在單位時間內(nèi)完成功的大小。單位時間內(nèi)完成的功，稱為功率。 NW/t 式中：N功率，W； t做功時間，s。應(yīng)該指出，功也有正負(fù)之分，和熱量一樣為一過程量。但功率是沒有正、負(fù)之分的。故嚴(yán)格地講，上式應(yīng)寫成： N|W|/t六、能任何物體只要具有做功的能力，就說該物體具有能。能的形式

15、很多，這里只討論動能、位能及內(nèi)能。 1、動能物體因?yàn)檫\(yùn)動而具有的做功能力稱之為動能。如從汽輪機(jī)噴咀中噴出的汽流具有動能，該動能在級中動葉內(nèi)被轉(zhuǎn)換為葉輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，從而做了功，其計(jì)算式為： Ev1/2（m） 式中：Ev物體的動能，J；m物體的質(zhì)量，kg；物體的速度，m/s。2、位能物體由于處于一定高度（離開地球表面一定距離）或處于一定的彈性變形位置時，具有的能稱為勢能，前者稱為重力勢能，后者稱為彈性勢能。勢能也稱為位能， 重力位能的計(jì)算式為：EgmgH 式中：Eg重力勢能，J； m物體的質(zhì)量，kg； H物體離開地面的高度，m； g重力加速度，m/s。3、內(nèi)能物體內(nèi)部所具有的各種能量，總稱為物體

16、的內(nèi)能，它包括內(nèi)動能和內(nèi)位能以及化學(xué)能、原子能。但在熱工研究的能量轉(zhuǎn)換過程中，不發(fā)生化學(xué)變化和原子反應(yīng)，故內(nèi)能中化學(xué)能和原子能保持不變。所以，在此內(nèi)能包括兩部分：內(nèi)動能和內(nèi)位能（統(tǒng)稱為內(nèi)熱能）。氣體內(nèi)部分子熱運(yùn)動的動能稱為內(nèi)動能，它包括分子的移動動能、轉(zhuǎn)動動能和分子的振動動能等。從熱運(yùn)動的本質(zhì)來看，氣體溫度愈高，分子熱運(yùn)動動能愈大，所以內(nèi)動能是溫度T的函數(shù)。如同宏觀物體由于地球引力具有重力位能一樣，在分子之間由于相互引力作用也具有微觀位能，只是這種位能的數(shù)值很小罷了。這種由于分子間的引力而具有的位能稱為內(nèi)位能，它的大小與分子間的距離有關(guān)，也就是說與氣體所具有的比容有關(guān)，所以內(nèi)能是比容v的函數(shù)。

17、lkg氣體的內(nèi)能用符號表示，單位為J/kg或KJ/kg。對m（kg）的氣體其內(nèi)能用符號U表示，則Um，單位為J或kJ。綜上所述，氣體的內(nèi)能決定于它的溫度T和比容V，也就是決定于氣體所處的狀態(tài)，因而內(nèi)能也是一個狀態(tài)參數(shù)。它可以表示為兩個獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)。f（T，V）對于理想氣體位能可忽略不計(jì)，所以它的內(nèi)能就是內(nèi)動能。因此，理想氣體的內(nèi)能u僅是溫度T的函數(shù)。 f（T）七、焓在絕大多數(shù)定壓過程中，有許多場合需要計(jì)算工質(zhì)的熱量。若采用前述狀態(tài)參數(shù)計(jì)算，則十分復(fù)雜。為簡化計(jì)算，引入焓的概念。焓的意義純粹是為了運(yùn)算上的便利。它的提出完全是作為一種方便的手段，把在熱力學(xué)方程式中反復(fù)共同出現(xiàn)的幾個狀態(tài)參數(shù)合并在

18、一起。由熱力學(xué)第一定律知：對于閉口系統(tǒng)的一切過程，系統(tǒng)從外界吸收的熱量，等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量和對外的作功之和。即對1kg工質(zhì)而言：quW 式中：q1kg工質(zhì)在過程中吸收的熱量，J/kg或KJ/kg；u1kg工質(zhì)終態(tài)與初態(tài)內(nèi)能之差，J/kg或KJ/kg；W1kg工質(zhì)對外所作的功，J/kg或KJ/kg。對于定壓過程而言，系統(tǒng)對外所做的功為WpP（21） 將式216代入式215得：qpuWp （u2u1）P（21） （u2P2）（u1P1）式中：u1、u2工質(zhì)在初終狀態(tài)下的內(nèi)能，J/kg；1、2工質(zhì)在初終狀態(tài)下的比容，m/kg；P定壓過程中的壓力，Pa。上式中（u+P）一項(xiàng)，是在熱工計(jì)算中經(jīng)常遇到的一

19、個量，在熱力學(xué)中把它定義為單位質(zhì)量的工質(zhì)的“焓”，用符號h表示huP J/kg或KJ/kg 式中，u、p、分別為同一狀態(tài)下1kg工質(zhì)的內(nèi)能、壓力和比容，都是狀態(tài)參數(shù)。只要工質(zhì)的狀態(tài)確定后， h就有一個確定的值。所以，焓也是一個狀態(tài)參數(shù)。這樣就可以用h簡便地計(jì)算出定壓過程的熱量：qp（u2P2）（u1P1） h2h1h 即定壓過程中對工質(zhì)所加的熱量等于工質(zhì)焓的增量；工質(zhì)對外放出的熱量等于焓的降低值。上述關(guān)系式，直接由熱力學(xué)第一定律導(dǎo)出，沒有對工質(zhì)性質(zhì)加以限制，所以適用于任何工質(zhì)?，F(xiàn)規(guī)定，P1.01325105Pa，t0時氣體的焓為零，即h00。于是，氣體在t時的焓就等于氣體從0定壓加熱到t時所吸

20、收的熱量:qhth0ht 對理想氣體，內(nèi)能是溫度的函數(shù)，因此：hupuRTf（T）即理想氣體的焓和內(nèi)能一樣，僅是溫度的函數(shù)。對應(yīng)于一定的溫度就有確定的焓。同樣無論經(jīng)歷什么過程，只要初態(tài)溫度T1相同，終態(tài)溫度T2也相同，在狀態(tài)變化過程中，理想氣體焓的變化量也應(yīng)相同。由前知，對于定壓過程：hh2h1qpcp（t2t1）hcpm2t2cpm1t1 式中：cpm2t2工質(zhì)從0到t2的平均定壓比熱；cpm1t1工質(zhì)從0到t1的平均定壓比熱；t1、t2分別為初、終狀態(tài)溫度。該式說明理想氣體無論經(jīng)歷什么過程，其焓的變化量在數(shù)值上總是等于定壓過程的熱量。八、熵與TS圖熵是一個導(dǎo)出的狀態(tài)參數(shù)，它是通過其它可以測

21、量的數(shù)值間接計(jì)算出來的。把1kg工質(zhì)在可逆過程中加入的微小熱量與加熱時絕對溫度的比值，叫做工質(zhì)在該過程中的熵的微小增量。如果在溫度T不變的情況下給1kg工質(zhì)加入的熱量為qT，則熵增量s為：sqT/T 式中：s1kg工質(zhì)熵的增量，J/kgK或KJ/kgK；qT定溫條件下1kg工質(zhì)所吸收的熱量，J/kg或KJ/kg；T工質(zhì)在吸收熱量時的溫度，K。m（kg）工質(zhì)的熵為：Sms，J/K或KJ/K。由于S和溫度T都是狀態(tài)參數(shù)，所以用熵S作為橫坐標(biāo)、溫度T作為縱坐標(biāo)構(gòu)成參數(shù)坐標(biāo)圖，即TS圖，稱為溫熵圖。任何一個平衡狀態(tài)在TS圖上表示為一個點(diǎn)，任何一個可逆過程在T-S圖上表示為一條過程線。如上圖所示。圖中線

22、段12為定溫過程線，其下面的面積12s2s1正好等于sT，即等于定溫過程的吸熱量，即：qTSTT（s2s1）J/kg故TS圖又稱示熱圖。對任意可逆過程（如上圖b）所吸收的熱量也可得到同樣的結(jié)論：1kg工質(zhì)所吸收的熱量，在數(shù)值上等于TS圖上過程線下與橫軸所形成的面積。由上述可知，熱量的大小不僅與狀態(tài)有關(guān)，而且還與過程所經(jīng)歷的途徑有關(guān)。如圖右所示的兩個過程1a2與1b2，雖然都從相同的初狀態(tài)1變化到相同的終狀態(tài)2，但因過程線不同，與橫軸圍成的面積也不同。所以，這進(jìn)一步說明熱量不是狀態(tài)參數(shù)，而是一與過程有關(guān)的過程量。由上討論知：工質(zhì)被加熱（q0），其熵增加（s0）；工質(zhì)放熱（q0），其熵減?。╯0）

23、；工質(zhì)不與外界交換熱量（q0，絕熱），其熵不變（s0）?？梢姡刈兞靠梢杂脕順?biāo)志可逆的熱力過程中有無傳熱和傳熱的方向。通過推導(dǎo)，當(dāng)比熱為定值時，對于任何過程，理想氣體熵的增量為：SCvlnT2/T1Rln2/1 SCp lnT2/T1RlnP2/P1 SCv lnP2/P1Cp ln2/1 上述各式說明過程中理想氣體熵的變化完全取決于它的初狀態(tài)和終狀態(tài)，而與過程經(jīng)歷的途徑無關(guān)，即理想氣體的焓是一個狀態(tài)參數(shù)。在熱工計(jì)算中，只用到兩個狀態(tài)之間熵的變化量S，所以計(jì)算熵的數(shù)值時，可以任意規(guī)定一個基準(zhǔn)狀態(tài)，取其熵為零值。理想氣體常用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的熵為零作為計(jì)算起點(diǎn)。第二節(jié) 理想氣體的熱力過程熱機(jī)一般是以氣

24、體作為作功的介質(zhì)的，因此，為了學(xué)習(xí)熱機(jī)理論，首先應(yīng)了解氣體狀態(tài)變化和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。眾所周知，當(dāng)對氣體施加壓力時，它的體積縮小，溫度升高；當(dāng)減輕氣體的壓力時，則體積膨脹，溫度下降。在這中間變化規(guī)律最為單純的是理想氣體，它的狀態(tài)方程式為：PVRT 式中，P、V、T三者為工質(zhì)最基本的三個參數(shù)，R為氣體常數(shù)。氣體的三個參數(shù)中，只要其中有一個發(fā)生了變化，另外兩個參數(shù)一定隨著發(fā)生變化，因?yàn)樗鼈兪腔ハ嗦?lián)系互相制約的。而且，對于某一氣體來說，只要知道它的兩個參數(shù)，另一個就可以用狀態(tài)方程式求出來。下面就理想氣體在氣缸內(nèi)的變化過程加以討論。假設(shè)氣體在氣缸內(nèi)是被封閉起來，而且認(rèn)為氣缸內(nèi)只有1Kg氣體，并且忽略一切摩

25、擦，忽略向氣缸內(nèi)傳入熱量時的傳熱溫差，即認(rèn)為溫差等于零，忽略氣缸外壁的散熱損失，及其它一切損失。在熱力學(xué)中這種理想情況用“可逆”二字來表達(dá)。當(dāng)然，實(shí)際的熱力過程往往很復(fù)雜，它們都是些不同的不可逆過程，同時，過程中工質(zhì)的各狀態(tài)參數(shù)又都在變化，不易找出參數(shù)間的變化規(guī)律。熱工理論中為了便于分析研究，常對實(shí)際過程按其特點(diǎn)近似地進(jìn)行簡化，突出過程中狀態(tài)參數(shù)變化的主要特征，進(jìn)而把工程上常見的不可逆過程近似地概括為幾種帶有某些簡單特征的典型可逆過程，如定容過程、定壓過程、定溫過程、絕熱過程。以下將以理想氣體為工質(zhì)，以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，對這些典型的可逆過程進(jìn)行分析討論。一、定壓過程工質(zhì)在狀態(tài)變化時壓力始終

26、保持不變的過程稱為定壓過程。在實(shí)際熱力設(shè)備中有很多加熱過程和放熱過程是在定壓下進(jìn)行的。如給水在鍋爐內(nèi)定壓加熱、汽化、過熱，蒸汽（乏汽）在凝汽器內(nèi)的定壓放熱凝結(jié)等。因此，定壓過程是實(shí)際應(yīng)用中一個極為重要的熱力過程。（一） 過程方程式因?yàn)樵撨^程中壓力不變，所以過程方程式為：P常數(shù) （二）初終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式根據(jù)過程特性及理想氣體狀態(tài)方程式，可求得初、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式為：V1/T1V2/T2常數(shù) 可見，定壓過程中工質(zhì)的比容和熱力學(xué)溫度成正比。（三）過程在參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示因P=常數(shù)，所以定壓過程在PV圖上是一條平行于橫軸的水平線，如下圖所示。定壓加熱時，比容隨溫度的升高而增大，為膨脹過程，過程線

27、為圖中12線段；定壓放熱時，比容隨溫度的降低而減小，為壓縮過程，過程線為圖中的1一2線段。定壓過程熵的變化可由式223求得，即SCp lnT2/T1RlnP2/P1因?yàn)镻2P1 所以lnP2/P10故SS2S1Cp lnT2/T1 （228）可見，定壓過程在TS圖上是一條指數(shù)曲線，如上圖（b）所示。（四）過程的功、熱量及內(nèi)能的變化量1、定壓過程的功工質(zhì)在定壓過程中所作的功為WpP（V2V1） 在圖26（a）中，過程線1一2下的矩形面積的大小就是工質(zhì)的定壓膨脹功。定壓壓縮功為過程線12下的矩形面積。對于理想氣體，由PV=RT得WpP（V2V1）R（T2T1） R（t2t1） 由此可得RWp/（T

28、2T1） 即氣體常數(shù)R在數(shù)值上等于1kg氣體在定壓過程中溫度升高1K時所作的功。2、定壓過程內(nèi)能的變化量uu2u1c（T2T1）3、定壓過程的熱量可利用定壓質(zhì)量比熱計(jì)算，即qpcp（T2T1）cp（t2t1）亦可由熱力學(xué)第一定律計(jì)算qpuW在圖26（b）上曲線12下面的面積表示過程中工股所吸收的熱量，而曲線12下面的面積則表示過程中工質(zhì)放出的熱量。二、定溫過程工質(zhì)在狀態(tài)變化時，溫度保持不變的熱力過程，稱為定溫過程。（一）過程方程式T常數(shù) （二）初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式P1V1P2V2常數(shù) 可見定溫過程中，工質(zhì)的壓力與比容成反比。（三）過程在參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示由PV=常數(shù)，可知定溫過程在PV圖上為一

29、條等邊雙曲線，如右圖（a）所示。由于T不變，當(dāng)工質(zhì)膨脹，即比容增大時，壓力下降，過程線1一2向右下方延伸，當(dāng)工質(zhì)被壓縮，即比容減小時，壓力增加，過程線12向左上方延伸。由于T=常數(shù)，故在TS圖上定溫過程線是一條平行于熵軸的水平線，如右圖（b）所示，1一2為吸熱過程線，12為放熱過程線。（四）過程的功、熱量及內(nèi)能的變化量1、定溫過程內(nèi)能的變化量因?yàn)門2T1，故：uc（T2T1）=0tcp（T2T1）=0可見理想氣體在定溫過程中內(nèi)能和焓均保持不變。2、定溫過程的熱量qtTST（S2S1）如右圖（b）所示，過程線12下的面積表示定溫過程所加入的熱量，過程線12下的面積表示定溫過程放出的熱量。3、定溫

30、過程的功由熱力學(xué)第一定律quW及定溫過程中u0可知：WqTR1T1ln2/1即，理想氣體在定溫過程中，當(dāng)對氣體加熱時，所加的熱量全部用于對外膨脹作功，內(nèi)能不變，氣體被定溫壓縮時，外界對氣體所做的壓縮功全部變?yōu)闊嵯蛲馀欧?。三、定容過程工質(zhì)在狀態(tài)變化時，容積保持不變的熱力過程稱為定容過程。（一）過程方程式常數(shù) （二）初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式P1/T1P2/T2常數(shù) 即定容過程中工質(zhì)的壓力和絕對溫度成正比。（三）過程在參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示因?yàn)閂=常數(shù)，故定容過程在PV圖上是一條垂直于橫軸的直線，如右圖（a）所示。定容加熱時，壓力隨溫度的升高而增加，過程線如圖中1一2線段所示，定容放熱時，壓力隨溫度的降低而

31、減小，過程線如圖中12線段所示。定容過程熵的變化為：SS2S1clnT2/T1可見，定容過程在TS圖上是一條指數(shù)曲線，如右圖（b）所示。（四）過程的功、熱量及內(nèi)能的變化量1、定容過程中的功不論加熱或是放熱都為零。2、定容過程的熱量熱量可應(yīng)用定容比熱進(jìn)行計(jì)算：當(dāng)用定值比熱時：qc（T2T1）c（t2t1）kJ/kg 當(dāng)用平均比熱時：qcvmt2cvmt1 kJ/kg定容加熱（q0），溫度升高，熵增大，如上圖（b）上過程線12；定容放熱時（q0，溫度降低，熵減小，如上圖（b）上過程線12。3、定容過程內(nèi)能的變化量由熱力學(xué)第一定律：quW因?yàn)閃0故： uqc（T2T1） 即輸入的熱全部用來增加氣體的

32、內(nèi)能。定容加熱，工質(zhì)內(nèi)能增加的結(jié)果使溫度、壓力上升，提高了工質(zhì)的作功能力，因而定容過程實(shí)質(zhì)上是熱變功的準(zhǔn)備階段。這一點(diǎn)，無論是理想氣體還是實(shí)際氣體均適用。四、絕熱過程工質(zhì)在狀態(tài)變化時與外界沒有熱量交換的過程，稱為絕熱過程。該過程實(shí)際上不存在，除非工質(zhì)用絕對熱絕緣物質(zhì)與外界隔絕，這顯然是不可能的。但是，當(dāng)過程進(jìn)行得很快，工質(zhì)與外界來不及交換熱量，或熱絕緣材料很好，交換的熱量很少時，則可近似看作絕熱過程。（一）過程方程式S常數(shù)或PVK常數(shù) 式中：k一為絕熱常數(shù)（二）初、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系由于S=常數(shù)，即S0，故：SClnP2/P1CplnV2/V10lnP1/P2Cp/ClnV2/V1令Cp/C

33、k 則有：P1V1KP2V2K常數(shù)（三）過程在參數(shù)坐標(biāo)圖上的表示因?yàn)镻VK=常數(shù)，所以絕熱過程在PV圖上是一條雙曲線，如下圖（a）所示。工質(zhì)絕熱膨脹時，比容增大，壓力降低，過程線為12；絕熱壓縮時，比容減小，壓力增大，過程線為1一2。在TS圖上由于S0，故過程線為一條垂直線，如右圖（b）。（四）過程的功、熱量及內(nèi)能的變化量1、絕熱過程的熱量為零，q0。2、絕熱過程內(nèi)能的變化量u-Wu2u1-c（T2T1）c（T1T2） 3、絕熱過程的功同上式。可見，工質(zhì)絕熱膨脹對外作功時，內(nèi)能減小，溫度下降，外界對工質(zhì)作絕熱壓縮時，內(nèi)能增加，溫度升高。功量的大小等于上圖（a）所示PV圖上各自過程線下的面積。五

34、、卡諾循環(huán)現(xiàn)在介紹一個熱力學(xué)上有名的理論循環(huán)卡諾循環(huán)。這個循環(huán)由兩個定溫過程和兩個絕熱過程組成。因而，整個卡諾循環(huán)是個可逆循環(huán)。如下圖（a）、（b）所示。圖中1一2過程為定溫加熱過程，工質(zhì)在T1溫度下，從熱源吸收熱量q1，即為TS圖上的面積|2S2S1|。其計(jì)算式為：q1T1（ S2S1）T1S由于1一2是可逆的定溫加熱過程，因而過程進(jìn)行得十分緩慢，可以把工質(zhì)溫度T1看成是熱源溫度（相差無限?。?一3表示可逆的絕熱膨脹作功過程，即定熵過程。在這個過程中，工質(zhì)溫度降低，內(nèi)能減少，對外界作功，直至工質(zhì)溫度降低到冷源溫度T2為止。34表示可逆的定溫放熱過程，過程中工質(zhì)在T2溫度下向冷源放熱，放熱量

35、為q2，即TS圖上面積34 S1 S23，其計(jì)算式為：q2T2（ S2S1）T2S與12定溫過程的說法一樣，工質(zhì)溫度T2等于冷源溫度（或相差無限?。Ｔ诶錅囟萒2下，工質(zhì)作了最大限度的膨脹后（工質(zhì)降溫膨脹達(dá)到冷源溫度T2是其最大限度）為了使工質(zhì)恢復(fù)初態(tài)，造成循環(huán)連續(xù)作功，q2是最低限度必須向冷源放出的熱量，因而q2為理想卡諾循環(huán)的最小補(bǔ)償。41表示可逆的絕熱壓縮過程。在該段工質(zhì)的溫度自T2升高到T1，從而恢復(fù)到原來的狀態(tài)1，完成卡諾循環(huán)。1、卡諾循壞的效率工質(zhì)在循環(huán)中所作的凈功與其由熱源吸收的熱量之比稱為循環(huán)效率，顯然：ti卡凈功/吸熱量W0/q1（q1q2）/q11q2/q1 =1T2S/

36、T1S=1T1/ T2 分析上式，可得如下重要結(jié)論：（1）卡諾循環(huán)的熱效率決定于熱源溫度T1和冷源溫度T2（即工質(zhì)的吸、放熱溫度）而與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。提高T1，降低T2，可以提高循環(huán)效率。（2）卡諾循環(huán)熱效率只能小于1。因?yàn)椋筎1或T20K都是不可能的。即q2只能減小而無法避免。（3）當(dāng)T1T2時，ti卡0，即，在沒有溫差的系統(tǒng)中，無法實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)換成有用的熱力循環(huán)。也就是說，只有一個熱源而無冷源的熱機(jī)是無法實(shí)現(xiàn)的。2、卡諾循壞是最佳循環(huán)在相同的熱源溫度T1和冷源溫度T2條件下，卡諾循環(huán)的熱效率最高。因?yàn)閷?shí)際的循環(huán)都或多或少地存在著一定的不可逆，而且，要實(shí)現(xiàn)對工質(zhì)加熱而不使其溫度升高，放熱而不使

37、其溫度降低，是很難做到的，因而，實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)是不可能的。即便如此，也不影響卡諾循環(huán)從理論上指明提高實(shí)際循環(huán)熱效率的方向和限度所作出的重大貢獻(xiàn)。逆向卡諾循環(huán)是制冷機(jī)的理想循環(huán)，其功和熱的關(guān)系與正向循環(huán)的數(shù)值相同，方向相反。第三節(jié) 水蒸汽前面就理想氣體的狀態(tài)參數(shù)及熱力過程進(jìn)行了簡單的分析，它給我們提供了必要的理論依據(jù)。但在熱力發(fā)電廠中，循環(huán)采用的工質(zhì)是水蒸氣，而蒸氣的特點(diǎn)是離液態(tài)不遠(yuǎn)，被冷卻或壓縮時，很容易又變成液態(tài)，其分子之間的相互作用力及分子本身占有的容積都不能忽略。因此蒸汽不能當(dāng)作理想氣體看待，應(yīng)作為實(shí)際氣體處理。下面就水蒸汽的基本概念、形成過程及水蒸汽的焓熵圖作一簡單介紹。一、水蒸汽的基本

38、概念1、氣化和凝結(jié)物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成汽態(tài)的過程叫汽化。汽化有兩種方式一一蒸發(fā)與沸騰。相反，物體從汽態(tài)變成液態(tài)的過程叫液化或凝結(jié)。2、蒸發(fā)在液體表面進(jìn)行的汽化現(xiàn)象叫蒸發(fā)。液體不論在什么溫度下都可以蒸發(fā)。液體蒸發(fā)時要吸收汽化熱，使液體本身或周圍環(huán)境的溫度降低。從微觀上看，蒸發(fā)是由于液體表面一些動能大的分子擺脫液面附近其余分子對它的吸引力而逸出液面的現(xiàn)象，動能大的分子逸出去了，動能小的分子仍在液面，液體表面和液體內(nèi)部分子的平均動能減小了，液體的溫度降低了。顯然，溫度越高，分子運(yùn)動動能越大，蒸發(fā)的速度就越快，同時液面面積越大，蒸發(fā)也越快。此外蒸發(fā)的速度還與液面上空氣流動的速度有關(guān)，氣流的速度越快，蒸發(fā)也

39、就越快。3、沸騰在液體內(nèi)部進(jìn)行的汽化現(xiàn)象叫沸騰。在一定的外部壓力下，沸騰只能在固定的溫度下進(jìn)行，該溫度叫沸點(diǎn)。把開始沸騰的水，,叫沸水或飽和水，飽和水汽化所產(chǎn)生的蒸汽叫飽和蒸汽，飽和水和飽和蒸汽的溫度是相同的，這個溫度叫飽和溫度。在這里還要說明：當(dāng)改變水面上的壓力時，水的沸點(diǎn)就相繼改變。比如，在絕對壓力為0.1961MPa時，水的沸點(diǎn)（飽和溫度）為119.615，而在絕對壓力為0.09806MPa時，水的沸點(diǎn)為99.087。由此說明，飽和溫度與水面上所受到的壓力（飽和壓力）有一定關(guān)系。如事先做好實(shí)驗(yàn)，將飽和溫度和壓力的關(guān)系制成表，那么知道壓力后就可從表中查出對應(yīng)的飽和溫度；反過來，知道溫度就可

40、查出對應(yīng)的飽和壓力。當(dāng)飽和蒸汽從水里蒸發(fā)出來的時候，常常會有細(xì)小的水珠混在里面。這些水珠，是因?yàn)樗舭l(fā)得很快被蒸汽的汽泡攜帶出來。這種混有水珠的飽和蒸汽，叫做濕飽和蒸汽。完全不含水分的飽和蒸汽，叫做干飽和蒸汽。飽和蒸汽中，干蒸汽的含量或水分的含量可以用干度或濕度來表示，即干度：Xm汽/（m汽m水）濕度：1Xm水/（m汽m水）式中：m汽濕蒸汽中飽和蒸汽的質(zhì)量，kg；m水濕蒸汽中飽和水的質(zhì)量，kg；m汽m水濕蒸汽的總質(zhì)量，kg。干度X越大，蒸汽中所含水份就越少，當(dāng)X=1時，蒸汽為干飽和蒸汽。當(dāng)水完全變成干飽和蒸汽后，再繼續(xù)對它加熱，這時蒸汽的溫度就會繼續(xù)升高，變成過熱蒸汽。過熱蒸汽的特點(diǎn)是，它的溫

41、度高于對應(yīng)壓力下的飽和蒸汽溫度，高出的這個溫差稱為蒸汽的過熱度。以上簡單介紹了水蒸汽的一些基本概念，下面再介紹一個研究汽輪機(jī)工作原理所不可缺少的曲線圖焓熵圖。二、水蒸汽的焓熵圖（hS圖）右圖是一簡化了的焓熵圖。在這張圖上，把飽和蒸汽和過熱蒸汽以及蒸汽的各個參數(shù)間的關(guān)系都集中在一起了。只要知道蒸汽的壓力和溫度，便可以從圖中查出它的焓、比容和蒸汽干度；知道蒸汽在各種工作過程的起始狀態(tài)參數(shù)，就能很容易地從圖上找出終了的狀態(tài)參數(shù)。在實(shí)際工作中，利用hS圖比利用蒸汽表來得更簡單、迅速。HS圖上，用熵作橫作標(biāo)，焓作縱坐標(biāo)。它是由下列幾組曲線構(gòu)成的。1、飽和蒸汽線和干度線。在圖上中間一條彎曲的粗線，叫“飽和

42、蒸汽線”。凡是在這條曲線上的狀態(tài)都是干飽和蒸汽。蒸汽的干度等于1。飽和線上方是過熱蒸汽區(qū)，下方是飽和蒸汽區(qū)。在飽和線下方與飽和線的彎曲形狀相似的幾條曲線,稱為干度線群，這些干度線分別表明不同的干度。2、等壓線。在圖上由左下方開始向右上方引出的許多線條，稱為等壓線。從右到左壓力逐漸升高。要注意，在飽和蒸汽區(qū)內(nèi)，各等壓線都是直線，只是到了過熱蒸汽區(qū)才變成曲線。3、等溫線。在圖上過熱蒸汽區(qū)內(nèi)，左端下彎，右端較為平直的一些曲線稱為等溫線。在每一條等溫線上，蒸汽的溫度都是相同的。等溫線在飽和蒸汽區(qū)內(nèi)，是和等壓線重合在一起的，這是由于飽和蒸汽的溫度與壓力有固定關(guān)系的緣故。所以在這個區(qū)域內(nèi)等壓線和等溫線是“

43、一線兩用”但在圖上僅注明該線壓力大小，如需知道該線的溫度大小，必須將定壓線延伸到與干飽和蒸汽線（即x=1）相交，查得該交點(diǎn)的溫度值，便是該定壓線的飽和溫度。4、等容線。等容線的延伸方向同等壓線相近，但等容線比等壓線陡些。為了區(qū)別，一般hs圖上等容線以紅線印出。與等壓線相反，從右到左比容值逐漸減小，即壓力越高比容越小。在hs圖上，兩條線的交點(diǎn)可以確定一個點(diǎn)的位置，只需已知壓力、溫度、比容、焓、熵、干度等參數(shù)中的任意兩個即可。但在飽和蒸汽區(qū)，等溫線與等壓線是重合在一起的，所以查濕飽和蒸汽狀態(tài)時，溫度與壓力相當(dāng)于一個參數(shù)，尚需知道另外一個參數(shù)，才能確定狀態(tài)點(diǎn)。利用hs圖查一過程時，相當(dāng)于在圖上確定一

44、條線的位置。首先確定過程的開始狀態(tài)點(diǎn)（需已知兩個參數(shù)），再根據(jù)過程特性確定過程的走向，最后在走向線上確定過程的終了狀態(tài)(需已知一個參數(shù))。第四節(jié) 基本循環(huán)在發(fā)電廠中的應(yīng)用前幾節(jié)，就理想氣體的狀態(tài)參數(shù)、熱力過程進(jìn)行了簡單的分析，它給以后分析實(shí)際蒸汽循環(huán)提供了必要的理論依據(jù)和研究方向。理想的卡諾循環(huán)效率最高，但它卻無法實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，在火電廠中，完成電能生產(chǎn)的過程是在復(fù)雜的循環(huán)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。下面就幾種典型的循環(huán)原理加以分析介紹。一、朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)是最簡單的火力發(fā)電廠的理論循環(huán)，如右圖所示。它的循環(huán)過程為：首先將凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水用凝結(jié)水泵4和給水泵6打入鍋爐1，該過程為給水的絕熱壓縮過程，打入鍋爐的

45、水在鍋爐內(nèi)定壓吸熱、汽化和過熱；從鍋爐來的新蒸汽在汽輪機(jī)2中絕熱膨脹作功過程；作完功的乏汽在凝汽器內(nèi)的定壓凝結(jié)放熱過程。以上四個過程在Ts圖上表示如下圖。右圖中，過程線12為過熱蒸汽在汽輪機(jī)中的絕熱膨脹過程。此時每千克蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)部所作的技術(shù)功為：Wth1h2 式中，h1進(jìn)汽焓，kJ/kg；h1乏汽焓，kJ/kg。過程線23表示乏汽在凝汽器中的定壓放熱過程。每千克工質(zhì)放出的熱量為：2h2h3 式中，h3乏汽壓力P2下的凝結(jié)水焓，kJ/kg。過程線34表示凝結(jié)水在給水泵中的絕熱壓縮過程。給水泵所消耗的技術(shù)功為：Wph4h3 式中，h4離開給水泵時（P4=P1）的未飽和水焓，kJ/kg。過程線4

46、561表示未飽和水在鍋爐的省煤器、汽包和過熱器中定壓加熱、汽化并最后形成過熱蒸汽的過程。每千克工質(zhì)吸入的熱量為：q1h1h4 （一）朗肯循壞的熱效率每一循環(huán)中工質(zhì)所作的循環(huán)凈功等于汽輪機(jī)所作的功減去給水泵消耗的功，即W0 WtWp（h1h2）（h4h3） （h1h4）（h2h3）q1q2則朗肯循環(huán)的熱效率為：tW0/q1（h1h2） Wp/（h1h3）Wp 鑒于水的壓縮性極小，絕熱壓縮后其比容可認(rèn)為不變，即43，因而所需要的壓縮功微不足道，即u4=u3。所以給水泵所消耗的技術(shù)功可近似計(jì)算為：Wph4h3P44P33（P4P3）3（P1P2）2可見，水泵功的數(shù)值主要隨初壓P1而變化。但在P110

47、MPa時，Wp通常僅占Wt的1%左右，故在一般粗略估算時，可認(rèn)為Wp0，于是:t（h1h2）/（h1h3）（h1h2）/（h1h2） 式中，h2為乏汽壓力下凝結(jié)水焓，kJ/kg。（二）提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑以上已經(jīng)分析出，朗肯循環(huán)熱效率的數(shù)值取決于蒸汽的初焓h1、終焓h2以及乏汽壓力下飽和水的焓h2，而h1決定于P1和t1； h2決定于P1、t1和P2；h2則由P2決定。因此，朗肯循環(huán)效率實(shí)際上由三個參數(shù)即初參數(shù)P1、t1和終壓P2決定。如前所述，欲提高任何可逆循環(huán)的熱效率都必須提高工質(zhì)的平均吸熱溫度和降低其平均放熱溫度。對于朗肯循環(huán)而言，提高P1可以相應(yīng)提高飽和溫度T1s，從而提高吸熱平均

48、溫度T平均1。但提高P1受到排汽終濕度的影響和限制。過份提高P1使排汽濕度增加，這將明顯增大汽輪機(jī)內(nèi)部的不可逆損失，從而使相對內(nèi)效率下降，還可能引起汽輪機(jī)的危險(xiǎn)振動甚至導(dǎo)致葉片折斷等重大事故，故通常不允許乏汽濕度高于0.12O.15。提高蒸汽的初溫t1，雖然對提高平均吸熱溫度的效果不十分顯著，但可以降低排汽溫度。也就是說，提高初壓所帶來的不利影響可通過同時提高初溫加以消除。因此蒸汽動力裝置中蒸汽的初溫初壓應(yīng)同時提高，二者提高的幅度亦需合理的配合。提高初溫受到動力設(shè)備材料耐熱強(qiáng)度的限制。降低凝汽器中乏汽的壓力P2可降低相應(yīng)的飽和溫度T2s，使平均放熱溫度T平均2下降，從而使循環(huán)熱效率提高。由此可

49、見，提高朗肯循環(huán)熱效率的根本途徑是提高蒸汽的初參數(shù)P1和t1并盡可能地降低乏汽壓力P2。由于提高初參數(shù)所受到的限制，目前國內(nèi)大、中型火力發(fā)電廠常用的蒸汽初壓多半臨界壓力22.06Mpa以下；初溫在450550范圍內(nèi)，超過600尚屬少見。同樣，終壓的降低受到自然環(huán)境溫度的限制，而且過份低的終壓將導(dǎo)致終了乏汽比容迅猛增大，從而給汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)與制造帶來一系列困難。如低壓通流面積過大而使設(shè)計(jì)困難，凝汽器十分龐大笨重以及運(yùn)行中使循環(huán)水泵耗電量增大等不利影響。目前P2一般都維持在3.55kPa的范圍內(nèi)。綜上所述，朗肯循環(huán)的最大缺點(diǎn)在于工質(zhì)的平均吸熱溫度遠(yuǎn)較循環(huán)的最高溫度T1為低。目前發(fā)電廠都不直接采用上述

50、簡單的朗肯循環(huán)，而采用設(shè)備結(jié)構(gòu)、熱力系統(tǒng)較為復(fù)雜的回?zé)嵫h(huán)和再熱循環(huán)等，這主要就是為了提高循環(huán)中工質(zhì)的平均吸熱溫度，從而使熱效率盡可能地提高。二、再熱循環(huán)再熱循環(huán)是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上加以適當(dāng)改進(jìn)而得到的。前面已經(jīng)分析過，由于提高初壓將導(dǎo)致排汽終濕度增加，為了在初溫不允許繼續(xù)升高的情況下，繼續(xù)提高初壓以改進(jìn)發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，常采用蒸汽中間再熱的辦法，即采用再熱循環(huán)。如下圖所示，過熱蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中膨脹作功至某一中間壓力Pb后，將其全部抽出并引入再熱器R中使之再次過熱至狀態(tài)a，然后引入低壓缸中繼續(xù)膨脹作功直至凝汽器壓力下的狀態(tài)，乏汽在凝汽器中被冷卻成水后由給水泵P壓入鍋爐B重新加熱，這樣就完成了一個再熱循環(huán)。從上圖中不難看出,狀態(tài)2下乏汽的干度x2必然大于C狀態(tài)的干度xc?？梢娫诓牧显试S到達(dá)的最高初溫一定的情況下，采用中間再熱同樣可以降低乏汽的濕度。這就為大幅度地提高初壓、從而提高循環(huán)熱效率創(chuàng)造了良好的條件。下面分析再熱循環(huán)的效率，為簡化計(jì)算，忽略水泵耗功Wp。則有：f(Rek)W0/q1（h1h2）+（hahb）/（h1h2）+（hahb） 那么，采取再熱措施對循環(huán)熱效率的影響究竟如何?可以在TS圖上，運(yùn)用平均吸熱溫度的概念，把整個再熱循環(huán)看作是由兩個部分疊加而成：一是基本部分，即原來的朗肯循環(huán)1C34561，另一個是因再熱而附加的部分，即附加循環(huán)a一2cba；這樣只需分析附加