第10章热力装置及其循环参考资料

1、第10章热力装置及其循环基本要求 1基本要点 2一、循环概述 3二、机械喷油式柴油机的实际工作循环和理想循环 4三、汽油机循环和定压加热柴油机循环 5四、活塞式内燃机三种理想循环的比较 6五、燃气轮机装置循环 7六、提高燃气轮机循环热效率的其它途径 8七、朗肯循环及其热效率 9八、蒸汽参数对循环热效率的影响 10九、再热循环 11十、回热循环 12十一、热电联产循环 14十二、燃气蒸汽联合循环 14十三、制冷循环概述 14十四、逆卡诺循环 15十五、空气制冷循环 15十六、蒸汽压缩式制冷循环 17基本要求1掌握各种装置循环的实施设备及工作流程。2. 掌握将实际循环抽象和简化为理想循环的一般方法

2、，并能分析各种循环的热力过程组成。3 掌握各种循环的吸热量、放热量、做功量及热效率等能量分析和计算的方法。4会分析影响各种循环热效率的主要因素。5 掌握提高各种循环能量利用经济性的具体方法和途径。基本要点1 分析循环的一般方法(1) 将实际循环抽象和简化为理想循环。(2) .将简化好的理想可逆循环表示在p-v图和T-s图上。进而分析对循(3) .对理想循环进行分析和计算。(4) .定性分析各主演参数对理想循环的吸热量、放热量及净功量的影响，环热效率(或工作系数)的影响，提出提高循环热效率(或工作系数)的主要措施。(5) .对理想循环的计算结果引入必要的修正。(6) .对实际循环进行热力学第二定

3、律分析。2 活塞式内燃机循环(1) .实际工作循环的抽象和简化。(2) .柴油机混合加热理想循环和定压加热理想循环(狄塞尔循环)。(3) .汽油机定容加热理想循环(奥托循环) 。(4) .活塞式内燃机各种理想循环的比较。3 燃气轮机装置循环(1) .定压加热理想循环(布雷顿循环)。(2) .定压加热实际循环。(3) .提高燃气轮机装置循环热效率的其他途径。4.蒸汽动力循环(1) . 朗肯循环(Rankine Cycle )(2) .提高蒸汽动力循环热效率的途径和方法1) 提高蒸汽初压，初温，降低终参数2) 再热循环3) 回热循环4) 高初参数与再热、回热的联合应用5) 减少循环中的不可逆损失6

4、) 热电联产循环及其他措施5制冷循环（1）.逆卡诺循环。（2）.空气压缩制冷循环。1）简单空气压缩制冷循环。2）回热式空气压缩制冷循环。（3）.蒸气压缩制冷循环。一、循环概述（一）、分类正循环I气体动力循环 :热机）I蒸汽动力循环内燃机循环燃气轮机循环逆擔环,冕徉动力制冷循环1蒸汽制冷循环1. 典型热机和制冷机的工作过程；2. 计算各点的状态参数，与外界交换的热量和功量以及循环的热效率;3. 找出提高循环热效率的方法。（三）分析循环的方法:% 釣-幻 T幻1.热效率法：两热源间工作的一切可逆热机nt =任意的一个循环其中，一为平均放热温度，一为平均吸热温度2.熵法:_覺鉗J有效能_ Efxgc

5、jn从能量的耗散入手,则有:二、机械喷油式柴油机的实际工作循环和理想循环.实际工作循环二混合气加热理想循环01 :吸入空气；1-、2:压缩过程；23:喷油燃烧过程；3 一4:喷油燃烧过程4一 5:膨胀过程；51:排气过程；1-0:排出剩余的废气其中,1-2是定熵压缩过程,2-3是可逆定容加热过程,3-4是可逆定压加热过程,4-5是定熵膨 胀过程,5-1是可逆定容放热过程.混和加热的循环吸热量:_ .匸.1 _- 1 111放热量：_ 一一 -1混合加热循环的热效率：如G （坊-打）rtf = I -=1 d（爲场）+机纬爲）几个定义：=冬x = El压缩比:1定容升压比： 二P =定压预胀比：

6、.由上面的三个定义，得：3-1讨论：亠:随一，.；.，：的升高而升高；亠：随;：的升高而降低.三、汽油机循环和定压加热柴油机循环（一）汽油机的循环可简化为定容加热循环如图示:对该循环而言，预胀比,故：八由上式可看出，当：一定时，汽油机的热效率取决于压缩比，并随着压缩比的升高而升（二）.定压加热柴油机循环如图示:该循环相当于.=1,故定压加热理想循环的热效率为1鱼;= ?L申 0LF所以，热效率的高低为：%* %宙 论考虑到实际的情况，三循环的热效率高低为五、燃气轮机装置循环（一）燃气轮机装置燃气轮机的构成：压气机，燃烧室，燃气轮机，简单的装置如图示功率的分析压气机耗功：一 - -燃气轮机做功：

7、 - - - -净功:卜* -卄-丄一山:- ! _ ” I三勺（疔幼）-勺（爲-殆吸热量：=心_巳_ I-放热量：二=二一 X = - : - j讨论:对于给定的气体，：一定时，热效率随增压比的升高而升高当增压比丨-：时,热效率为零,以压气机的绝热效率和相对内效率 来（二）实际燃气轮机循环实际的燃气轮机循环存在不可逆因素修正两个定义:-是理想的可逆燃气轮机循环六、提高燃气轮机循环热效率的其它途径（一）回热循环概念:利用温度较高的燃气轮机排气来加热压气机出口的气体,即可达到降低排气余热浪费和节约热能的目的1-2是可逆绝热压缩过程；2-X是在回热器中的可逆吸热过程；X-3是在燃烧室里的可逆定压加

8、热过程；3-4是可逆膨胀过程；4-Y是回热器里的可逆放热过程，丫-1是向大气的可逆定压放热过程回热度：实际回热量与理想回热量的比值，以一表示，则有：提高实际燃气轮机热效率的途径比值 儿升高；在比值二 升高的同时,增压比升高进行回热循环；在回热的基础上，进行多级压缩，中间冷却；在回热的基础上，进行多级膨胀，中间再热.七、朗肯循环及其热效率（一）设备及流程锅炉蒸汽轮机冷凝器给水泵蒸汽轮机w2广水泵阴g色6戶1-2是气轮机中的可逆绝热膨胀过程;2-3是冷凝器中的可逆定压冷凝过程；3-4是水泵中的定熵压缩过程；4-d-a-1是锅炉中的可逆定压加热,汽化,过热过程.（二）T-S图及热效率的分析1.T-S

9、 图:水在锅炉中吸收的热量：n -对外输出功：-:L 冷凝器中放出的热量: - 所耗的水泵功：二 r ：循环输出的净功：%!=町_吟=偽-加）-（加-人）循环的热效率：若忽略水泵功，则有：_3600a =2.耗气率：装置每输出1KWh功量所耗费的蒸汽量,计算式为：八、蒸汽参数对循环热效率的影响（一）.排气压力的影响1S由图可知：降低排气压力，循环的平均放热温度降低又循环的平均吸热温度不变，故循环的热效率升高（二）.蒸汽初温的影响由图可知，提高初温可提高循环的平均吸热温度，从而提高循环的热效率，且增大乏气的干度，改善蒸气机的性能。（三）蒸汽初压的影响由图可知，提高蒸汽初压，可提高平均吸热温度，从

10、而提高循环的热效率（四）.小结由以上可知，提高蒸汽初压，蒸汽初温，降低排气压力，均可提高循环的热效率九、再热循环（一）再热的特点：，然后引入过热蒸汽在汽轮机的高压段中膨胀到某一压力后，自汽轮机抽出进行再加热汽轮机再次膨胀直至达到排气压力（二）设备锅炉，再热器，汽轮机，水泵，冷凝器（三）T-S图及能量分析汽轮机做的功：水泵耗功:-_ :二一循环吸热量：二一 “I 一 I 一 1放热量一 -.-.循环净功：二- =丫 - / 二 - 一二循环的热效率：% （松-九）十（人-岛）打 =小（加-站）+佝-切为提高初采用再热循环的优点：蒸汽在汽轮机的低压段的干度提高到安全值的水平 压提供了可能性十、回热

11、循环（一）.理想回热循环1. 设备及流程如图示,锅炉1-5为工质在汽轮机中第一次绝热膨胀功5-7为工质放热过程，加热回热套中的水7-6为工质第二次在汽轮机里膨胀做功6-3为冷凝器里的放热过程；3-4为水泵里的定熵压缩过程4-4 -1为锅炉里的可逆定压加热,汽化,过热过程.2. 热效率:从上图可知，回热循环与朗肯循环相比，吸热过程为4 -1,吸热平均温度明显得到了提高 而放热平均温度未变，热效率得到了提高（二）抽气回热循环.1.流程图简介：以1Kg的蒸汽为例,1处的蒸汽进入汽轮机膨胀到7时，-kg的蒸汽被抽出弓I入到加热器中，未被抽出的（】-_：.）kg蒸汽继续膨胀到状态 2,然后冷却，并由低压

12、水泵输入到给 水加热器，并与汽轮机抽出的蒸汽相混合，且蒸汽凝结时释放的热量恰使液态水达到饱和状 态，最后经由高压泵输送到锅炉。（二）抽气回热循环.2. 能量分析汽轮机的功：-.-1- - - -.冷凝器中的放热量：一匚一匚；：一一匚给水加热器中：得： :忽略泵功，则有： -M - 一吸热量：二一 ：一一 S=（1-Of）他-加）2（险-為）优点:1）锅炉的负荷降低，受热面积减少；2）汽轮机高压段的流量增加；3）冷凝器的换热面积减少。缺点：投资加大十一、热电联产循环定义：蒸汽动力厂将排气用于其他低压蒸汽的场所，用以供暖，这样的循环既发电又 供热，称之为热电联产循环。经济性指标：循环热效率热量利用

13、系数：已利用的热量込+吗 工励蹶極基厂十二、燃气-蒸汽联合循环概念：将燃气轮机的排气作为蒸汽轮机循环的加热装置，以充分利用燃气轮机的排气 余热，称之为燃气-蒸汽联合循环。十三、制冷循环概述这就是制冷：为了获得并维持某一低温，必须设法不断的将热量自低温物体排到外界， 制冷。制冷装置：获得并保持低温的装置称之为制冷装置。制冷剂：用于制冷的工质。单位制冷量；：1Kg工质从低温环境或冷库带走的热量。二好=制冷量：丨一 -I 容积制冷量：:一 &制冷系数： -一制冷温度：二十四、逆卡诺循环辽$制冷系数：由上式看出：要设法提高制冷系数 _，必须设法使宙 ?.之差减小，即：使 二升高 使二降低。十五、空气制

14、冷循环分类：简单空气制冷循环回热式空气制冷循环（一）.简单空气制冷循环1. 设备与流程主要的设备：压缩机、冷却器、膨胀机、冷库。4/ST-S 图。温熵图：如图，为空气制冷循环的T2. 能量的分析与计算：放给大气环境的热量： 二 空气自冷库吸收的热量：压缩机耗功：% =為险二爲一约）膨胀机做工：循环静功：% m =（毎-打）-（尽-处制冷系数：吐_ 局一爲 二 红一爲%（岛爲）-協-切（為-珀）刊口露二 W（丝）=7i-nr又:所以:5鈔m mm m所以： 3. 影响的因素及缺点：影响的因素：增压比越大，制冷系数越小;缺点：制冷量小。（二）.回热式空气压缩制冷循环1.设备与流程：压缩机、冷却器、

15、回热器、膨胀机、冷库2.T-S 图 如图示，为空气制冷循环的温一熵图。3. 回热的优点：在相同的 二、_条件下，增压比变小，故可以采取叶轮机械式压缩机，制冷能力大大 提高；增压比减小，压缩机的耗功降低；增压比减小，压气机、膨胀机的不可逆损失降低。4. 能量的计算Q h =塩-瓜=7)qL= =cr (Tl -T6)4_厲一TJ-矗)十六、蒸汽压缩式制冷循环（一）.设备与流程如图示，1 2为工质的定熵压缩过程； 2 3为定压放热过程；3 4为等焓过程;为定压定温吸热过程。（二）.能量分析工质吸收的热量：一 ：-一 : - - 工质的放热量：压缩机的耗功量：一巳一0上 制冷系数：:一（三）工质流量

16、，制冷量与功率V务-n令气缸的容积为V,电动机的转速为n（r/s）,则工质的质量流量为：L式中。-为质量流量，i为压缩机吸气状态的比体积。每秒钟产生的制冷量为：-iii.kJ / S所需的电动机功率为:卩-也知 和，式中为压缩1kg工质所耗的功量。（四）对制冷剂的要求1. 在所采用的蒸发，冷凝温度下有合适的压力；2. 合适的临界温度；3. 工质的吸热能力大；4. 工质的三相点温度要低于制冷循环的下线温度；5. 蒸汽的比体积小，以减小压缩机尺寸；6. 传热性能好，以减少换热面积。以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forsch