工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)工程熱力學(xué)第六章動(dòng)力裝置循環(huán)第六章動(dòng)力裝置循環(huán)內(nèi)容要求掌握蒸汽動(dòng)力裝置的理想循環(huán)—朗肯循環(huán)；掌握再熱循環(huán)，回?zé)嵫h(huán)；了解活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)；了解燃?xì)廨啓C(jī)裝置的理想循環(huán)。

熱能動(dòng)力裝置（熱力發(fā)動(dòng)機(jī)）：將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備。

動(dòng)力循環(huán)：蒸汽動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)比較工質(zhì)設(shè)備燃料熱力過程和循環(huán)水蒸氣燃料燃燒后的燃?xì)忮仩t汽缸廉價(jià)燃料汽油，柴油，煤氣然后：分析實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實(shí)際損失的部位，大小，原因，及改進(jìn)措施。

方法和步驟：首先：把實(shí)際問題抽象為可逆理論循環(huán)；分析找出熱效率及提高該循環(huán)熱效率的可能措施，以指導(dǎo)實(shí)際循環(huán)的改善。

分析動(dòng)力循環(huán)的目的：在熱力學(xué)基本定律的基礎(chǔ)上分析動(dòng)力循環(huán)能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性，尋求提高經(jīng)濟(jì)性的方法和途徑。

6—1蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)

6-1-1

蒸汽動(dòng)力裝置的理想循環(huán)—朗肯循環(huán)1.組成：水泵，鍋爐，汽輪機(jī)和冷凝器等四個(gè)主要設(shè)備。2.工作過程：過熱器134

鍋爐給水泵汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)冷凝器26冷卻水（4）水在給水泵中的可逆絕熱壓縮過程4點(diǎn)—5點(diǎn)—6點(diǎn)—1點(diǎn)：未飽和水—飽和水—干飽和蒸汽—過熱蒸汽（2）過熱水蒸氣在汽輪機(jī)中可逆絕熱膨脹過程1點(diǎn)—2點(diǎn)：過熱蒸汽—濕蒸汽（3）蒸汽在冷凝器中定壓定溫放熱過程2點(diǎn)—3點(diǎn)：濕蒸汽—飽和水3點(diǎn)—4點(diǎn)：飽和水—未飽和水（1）水在鍋爐中的可逆定壓加熱過程3.p-v圖,T-s

圖表示vp0165432TS314

5

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2

0

6-1-2朗肯循環(huán)的凈功和熱效率（1）汽輪機(jī)：新蒸汽在汽輪機(jī)可逆絕熱膨脹作功

（2）冷凝器：乏汽在冷凝器中向冷卻水放熱

（3）水泵：凝結(jié)水流經(jīng)水泵，水泵消耗功量1.朗肯循環(huán)的凈功1kg工質(zhì)

循環(huán)凈功：循環(huán)凈熱：（4）鍋爐：未飽和水在鍋爐中定壓吸熱2.朗肯循環(huán)的熱效率wp,3-4=h4-h3=0h4=h3

6-1-3蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響吸熱平均溫度放熱平均溫度TS314

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6

2

0p1p21.蒸汽初溫T1的影響：（1）保持p1,p2不變，提高初溫T1—T1’；（2）朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度增加，平均放熱溫度不變，熱效率增大；（3）干度增大，有利于汽輪機(jī)安全工作；（4）鍋爐過熱器，汽輪機(jī)的高壓部分，金屬耐熱及強(qiáng)度要求高。（t1最高550oC）

2‘1’ST134

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6

2

0p1p22.蒸汽初壓p1的影響（1）保持T1，p2不變，提高初壓p1—p1’

；（2）可提高平均吸熱溫度，若平均放熱溫度不變，熱效率提高；（3）干度降低，說明乏汽中水分增加，將會(huì)沖擊和侵蝕汽輪機(jī)最后幾級(jí)葉片，影響壽命并使汽輪機(jī)摩擦加大。要求干度：0.86—0.882’1’5’4’6’p1’ST134

5

6

2

0T1p1p23.乏汽壓力p2的影響（1）保持p1,T1

不變，降低p2—p2’

;（2）吸熱平均溫度變化較小，放熱平均溫度降低，熱效率增大；（3）p2

降低受冷凝器冷卻介質(zhì)溫度的影響，不能任意降低。4’3’2’p2’

一般:P2最低0.0035-0.005MPa相應(yīng)的飽和溫度27-33℃ST134

5

6

2

0T1p2p1在不同初，終參數(shù)下朗肯循環(huán)的熱效率

P2=0.05bar,t1=435oC時(shí)P1152535507590ηt33.735.937.038.539.940.6

P1=35bar,P2=0.05bar時(shí)

t1300350400435450500ηt35.436.036.637.037.438.2

P1=35bar,t1=435oC時(shí)P2

0.040.050.10.20.51ηt37.537.035.133.129.626.9要想提高蒸汽動(dòng)力裝置的熱效率結(jié)論

改變蒸汽參數(shù)：盡可能提高蒸汽的初壓和初溫，并降低乏汽壓力。

改進(jìn)朗肯循環(huán)：如：再熱循環(huán)，回?zé)嵫h(huán)，熱電聯(lián)供循環(huán)等。6-1-4再熱循環(huán)

再熱循環(huán)的目的：

在初溫不允許繼續(xù)提高的情況下，為了提高初壓，以提高循環(huán)熱效率，且不使汽輪機(jī)排汽干度過低，在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上引入蒸汽中間再過熱方法。ST134

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0

2‘1’2’1’5’4’6’p1’ST134

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2

0T1p1T41235671’2‘0s

T–s圖1.一次再熱循環(huán)裝置的系統(tǒng)圖及T-s圖

一次再熱循環(huán)2.朗肯循環(huán)和一次再熱循環(huán)T–s圖比較T41235671’2‘0s

再熱循環(huán)T–s圖T4123560s朗肯循環(huán)T–s圖3.再熱對熱效率的影響及中間壓力（1）再熱對熱效率的影響

一次再熱吸收的總熱量：

對外放熱：

熱效率：

中間最佳壓力應(yīng)能夠同時(shí)提高排汽干度和循環(huán)熱效率。（2）中間再熱壓力

分析再熱壓力過高或過低對循環(huán)的影響。

根據(jù)已有的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，

pm一般為初壓p1的20%—30%。通常一次再熱可使熱效率提高

2%—3.5%。4.一次再熱循環(huán)熱經(jīng)濟(jì)性分析：1.采用蒸汽中間再熱后，汽輪機(jī)的排汽干度提高，使汽輪機(jī)低壓缸的蒸汽溫度保持在允許溫度內(nèi)，減輕濕蒸汽對沖擊和侵蝕，增加了汽輪機(jī)工作的安全性。2.在相同參數(shù)范圍內(nèi)，再熱循環(huán)的有用功和熱效率均高于朗肯循環(huán)的結(jié)果，即再熱循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性高于朗肯循環(huán)。3.目前，高參數(shù)大功率汽輪發(fā)電機(jī)組的再熱級(jí)數(shù)一般小于2級(jí)。

初壓低于10Mpa時(shí)，一般不采用再熱循環(huán)；初壓在13Mpa—臨界壓力以下時(shí)，采用一級(jí)再熱；超臨界參數(shù)時(shí)，采用兩級(jí)再熱。1.某蒸汽動(dòng)力裝置采用一次再熱循環(huán)，汽輪機(jī)入口壓力為17MPa，溫度為540oC，膨脹到4MPa時(shí)進(jìn)行再熱，再熱器出口溫度為540oC，排汽壓力為0.008MPa，試確定乏氣干度和循環(huán)熱效率，并與相同初，終狀態(tài)參數(shù)的朗肯循環(huán)進(jìn)行比較。例題例題在朗肯循環(huán)中，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的壓力

P1=13.5MPa,初溫度t1=550oC，乏氣壓力為0.004MPa，求循環(huán)凈功，加熱量、熱效率、汽耗率［蒸汽動(dòng)力裝置輸出１kＷ.h(3600kJ)功量所消耗的蒸汽量］及汽輪機(jī)出口干度。TS314

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6

2

0例題３.與上題相同，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的壓力

P1=13.5MPa,初溫度t1=550oC，乏氣壓力為

0.004MPa當(dāng)蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹至３MPa時(shí)，再加熱到t1,形成一次熱循環(huán)。求循環(huán)凈功，加熱量、熱效率、汽耗率及汽輪機(jī)出口干度。

6-1-5回?zé)嵫h(huán)1.回?zé)嵫h(huán)的目的

減少冷源損失，提高給水溫度，提高朗肯循環(huán)的吸熱平均溫度，從而提高熱效率。

回?zé)幔簩⒃谄啓C(jī)中做了部分功的蒸汽從汽輪機(jī)中抽出來，用以加熱進(jìn)入鍋爐前的給水，這樣不僅避免抽汽的冷源損失，鍋爐的給水溫度也同時(shí)提高。p1p22.回?zé)嵫b置系統(tǒng)圖及T-s圖sT185109462730

T-s圖１kgαkg(1-α)

kg3.抽汽量及熱效率（1）抽汽量不考慮回?zé)峒訜崞髦械纳釗p失，kg抽汽放出的熱量=（1-）kg凝結(jié)水吸收的熱量。794αkg1kg(1-α)

kg

熱平衡方程：

抽汽量（2）熱效率sT185109462730

T-s圖１kgαkg(1-α)

kg

吸收熱量：

放出熱量：

熱效率：

工質(zhì)在汽輪機(jī)中作功：