工学热力学幻灯片第章上课

1、1 第十章第十章 动力循环动力循环 2 动力循环研究目的和分类动力循环研究目的和分类 动力循环：动力循环：工质连续不断地将从高温热源取工质连续不断地将从高温热源取 得的得的热量热量的一部分转换成对外的的一部分转换成对外的净功净功 按工质按工质 气体动力循环气体动力循环：内燃机：内燃机 蒸汽动力循环蒸汽动力循环：外燃机：外燃机 燃气燃气(空气空气) 按按理想气体理想气体处理处理 水蒸气等水蒸气等 实际气体实际气体 研究目的：研究目的：合理安排循环，提高热效率合理安排循环，提高热效率 可使用可使用 任何形任何形 态燃料态燃料 可实现定可实现定 温过程温过程 蒸汽动力循环蒸汽动力循环 3 4 四个主

2、要装置四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 第一节第一节 蒸汽动力基本循环蒸汽动力基本循环 朗肯循环朗肯循环 5 大型坑口电站大型坑口电站( (陕西韩城电厂陕西韩城电厂) ) 6 德国德国1.351.35MWMW核电站核电站 7 凝汽器和冷却塔系统图凝汽器和冷却塔系统图 8 首台国产首台国产2020万千瓦机组万千瓦机组( (辽宁朝阳电厂辽宁朝阳电厂) ) 9 火电厂系统图火电厂系统图 10 水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化 郎肯循环郎肯循环 简化（理想化）：简化（理想化）： 12

3、汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压缩 41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 1 1 2 2 3 3 4 4 11 1 3 4 2 p v 郎肯循环郎肯循环p-v图图 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压缩 41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 12 4 32 1 T s h s 1 3 24 郎肯循环郎肯循环T-s和和h-s图图 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压

4、缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 13 h s 1 3 24 郎肯循环功和热的计算郎肯循环功和热的计算 汽轮机作功：汽轮机作功： 2121 , hhws 凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量： 322 hhq 水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功： 3443 , hhws 锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量： 411 hhq 14 h s 1 3 24 郎肯循环热效率的计算郎肯循环热效率的计算 ,1 2,3 4 net t 11 ss www qq 一般很小，一般很小， 占占0.81%， 忽略泵功忽略泵功 12 13 t hh hh 15 郎肯循环与卡诺循环比较郎肯循环与卡诺循环比较 s

5、 T 6 4 2 1 4 87 5 3 q2相同；相同； q1卡诺 卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺 卡诺 朗肯朗肯； ； 等温吸热 等温吸热41难实现难实现 7点点x太小太小,不利于汽不利于汽 机强度机强度(大于大于0.85)； 蒸汽过热蒸汽过热,提高作功能提高作功能 力力,提高热效率提高热效率; 8-5两相区难压缩；两相区难压缩； wnet卡诺 卡诺0.1MPa) ) 27 背压式背压式热电联产热电联产(供供)循环循环 1 2 3 4给水泵 热用户 汽轮机 过热器 锅炉 背压式背压式缺点缺点： 热电互相影响热电互相影响 供热参数单一供热参数单一 排气压力高于大气压力（排气压力高于大气压力（0.1M

6、Pa)，同同 时排气不通过冷凝器向环境放热，而是直时排气不通过冷凝器向环境放热，而是直 接供给热用户的汽轮机称为背压式汽轮机接供给热用户的汽轮机称为背压式汽轮机 28 二、抽汽调节式二、抽汽调节式热电联产热电联产(供供)循环循环 抽汽式热电联抽汽式热电联 供循环供循环, , 可以自动可以自动 调节热、电供应比调节热、电供应比 例，以满足不同用例，以满足不同用 户的需要。户的需要。 过热器 汽轮机 发电机 锅炉 冷却水 冷凝器 加热器 水泵 1 水泵 2 调节阀 热用户 29 热电联产热电联产(供供)循环循环的经济性评价的经济性评价 net 1 qw K q 供热 已被利用的能量 工质从热源得到

7、的能量 net t 1 w q 只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面 能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保 过热器 汽轮机 发电机 锅炉 冷却水 冷凝器 加热器 水泵 1 水泵 2 调节阀 热用户 1 2 3 4给水泵 热用户 汽轮机 过热器 锅炉 气体动力循环气体动力循环 30 31 气体动力循环分类气体动力循环分类 按结构按结构 活塞式活塞式 叶轮式叶轮式 小型汽车，摩托小型汽车，摩托 中、大型汽车，火车，轮船中、大型汽车，火车，轮船 移动电站移动电站 汽油机

8、汽油机 点燃式（汽油机），压燃式（柴油机）点燃式（汽油机），压燃式（柴油机） 汽车，摩托，小型轮船汽车，摩托，小型轮船 按燃料按燃料 航空，大型轮船，移动电站航空，大型轮船，移动电站 柴油机柴油机 煤气机煤气机航空航空 按点燃方式：按点燃方式： 按冲程数：按冲程数：二冲程，四冲程二冲程，四冲程 32 动力循环研究方法动力循环研究方法 实际动力循环非常复杂实际动力循环非常复杂 不可逆不可逆，多变指数变化多变指数变化，燃烧燃烧等等 工程热力学研究方法，先对实际动工程热力学研究方法，先对实际动 力循环进行力循环进行抽象抽象和和理想化理想化，形成各种理，形成各种理 想循环进行分析，最后进行想循环进行分

9、析，最后进行修正修正。 第四节第四节 活塞式内燃机动力循环活塞式内燃机动力循环 一、汽油机实际工作循环和理想循环一、汽油机实际工作循环和理想循环 33四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理 空气、汽油空气、汽油 废气废气 吸气吸气压缩点火压缩点火膨胀作功膨胀作功排气排气 1、汽油机实际工作循环汽油机实际工作循环 34 p V 1 01 吸空气吸空气 2 12 多变压缩多变压缩 2 火花塞点火火花塞点火燃烧燃烧 p0 0 1 0 活塞推排气 活塞推排气,完成循环完成循环 3 23 迅速燃烧，近似迅速燃烧，近似 V 34多变膨胀多变膨胀 4 41 开阀排气，开阀排气， 降压降压 (自由排气）自由

10、排气） 1 V 汽油机实际工作循环汽油机实际工作循环 35 1) 工质工质: 工质数量不变工质数量不变 定比热理想气体定比热理想气体 2) 忽略进、排气阀阻力，忽略进、排气阀阻力，01和和1 0抵消抵消 开式开式闭式循环闭式循环 3) 燃烧燃烧向外界吸热的可逆定容过程向外界吸热的可逆定容过程 4) 自由自由排气排气向向外界放热的可逆定容过程外界放热的可逆定容过程 5)不可逆多变压缩不可逆多变压缩可逆可逆绝绝热热压缩压缩 6) 不可逆多变膨胀不可逆多变膨胀可逆绝可逆绝热热膨胀膨胀 2、汽油机实际工作循环的理想化汽油机实际工作循环的理想化 36 定容加热理想循环（奥图定容加热理想循环（奥图OTTO

11、循环循环) ) 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 T s 3 3、汽油机理想循环、汽油机理想循环 37 4、定容加热循环的计算、定容加热循环的计算 1 2 3 4 T s 吸热量吸热量 1v32 qcTT 放热量放热量(取绝对值）取绝对值） 2v41 qcTT 热效率热效率 12241 t 11132 11 wqqqTT qqqTT 38 定容加热循环的计算定容加热循环的计算 热效率热效率 41 t 32 1 TT TT 4 1 1 3 2 2 1 1 1 T T T T T T 1 321 124 k TTv TvT 1 1 2 1 2 1 11 k T T v v 1 1 1 k 压

12、缩比压缩比 汽油易爆燃汽油易爆燃 一般汽油机一般汽油机 510 t t 较低较低 39 1 1、四冲程高速柴油机、四冲程高速柴油机（混合加热循环）（混合加热循环） 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 空气空气 废气废气 吸气吸气压缩喷油压缩喷油膨胀作功膨胀作功 排气排气 二、柴油机实际工作循环和理想循环二、柴油机实际工作循环和理想循环 40 四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程 1 2 3 01 吸空气吸空气 p V 一般一般n=1.341.37 柴油自燃柴油自燃t=335 p0 2 0 12 多变压缩多变压缩 p2=35MPa t2=600800 2 喷柴油喷柴油 2 开始

13、燃烧开始燃烧 23 迅速燃烧，近似迅速燃烧，近似 V p59MPa 41 四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程 1 2 3 4 5 34 边喷油，边膨胀边喷油，边膨胀 p V p0 1 2 0 t4可达可达17001800 4 停止喷柴油停止喷柴油 45 多变膨胀多变膨胀 V 近似近似 膨胀膨胀 p p5=0.30.5MPa t5 500 51 开阀排气，开阀排气， 降压降压 10 活塞推排气活塞推排气,完成循环完成循环 42 2、混合加热理想循环（萨巴德循环）、混合加热理想循环（萨巴德循环） 1 2 34 5 1 2 3 4 5 p v T s 分析循环吸热量，放热量，热效率和功

14、量分析循环吸热量，放热量，热效率和功量 43 3、定义几个指标性参数、定义几个指标性参数 1 2 34 5 p v 压缩比压缩比 1 2 v v 定容增压比定容增压比 3 2 p p 预胀比预胀比 4 3 v v 44 4、理想混合加热循环的计算、理想混合加热循环的计算 1 2 3 4 5 T s 吸热量吸热量 1v32p43 qcTTcTT 放热量放热量(取绝对值）取绝对值） 2v51 qcTT 热效率热效率 12 t 11 wqq qq 512 13243 11 TTq qTTk TT 45 理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算 热效率热效率 51 t 3243 1 TT TTk

15、TT 1 1 1 211 2 k k v TTT v 1 2 v v 1 3 321 2 k p TTT p 3 2 p p 1 4 431 3 k v TTT v 4 3 v v t 1 1 1 11 k k k 46 柴油机与汽油机动力循环图示柴油机与汽油机动力循环图示 1 2 34 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油机，压燃式柴油机，压燃式汽油机，点燃式汽油机，点燃式 1 47 柴油机与柴油机与低速低速柴油机循环图示柴油机循环图示 1 2 34 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油机，压燃式柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式 1 48 三、定压加热循环（狄塞尔三

16、、定压加热循环（狄塞尔Diesel循环循环) ) 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 T s 49 定压加热循环的计算定压加热循环的计算 1 2 3 4 T s 吸热量吸热量 1p32 qcTT 放热量放热量(取绝对值）取绝对值） 2v41 qcTT 热效率热效率 122 t 111 1 wqqq qqq t 1 1 1 (1) k k k 50 1 23 4 压气机压气机 燃气轮机燃气轮机 燃烧室燃烧室 1）工质：数量不变，定比热工质：数量不变，定比热理想气体理想气体理想化：理想化： 2）闭合闭合循环循环3）可逆过程可逆过程 第五节第五节 燃气轮机循环燃气轮机循环 勃雷登循环勃雷登循环（

17、Brayton Cycle） 51 勃雷登循环图示勃雷登循环图示 p v T s 1 2 3 4 1 2 3 4 52 勃雷登循环的计算勃雷登循环的计算 T s 1 2 3 4 吸热量：吸热量： 1p32 qcTT 放热量：放热量： 2p41 qcTT 热效率：热效率： 12241 t 11132 11 wqqqTT qqqTT 53 勃雷登循环热效率的计算勃雷登循环热效率的计算 T s 1 2 3 4 热效率：热效率： 41 t 32 1 TT TT 4 1 1 3 2 2 1 1 1 T T T T T T 1 1 2 2 2 1 1 11 111 k k T T T p T p 11 3322 4411 kk kk TppT TppT 1 1 1 k k 循环增压循环增压 比比 t 54