压水堆核电厂二回路热力循环下

压水堆核电厂二回路热力循环下第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.9.3比热容定义和分类定义：c与过程有关c是温度的函数按过程分类质量定压热容（比定压热容）质量定容热容（比定容热容）1.比定容热容cV1.9.4理想气体比定压热容，比定容热容和迈耶公式第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2.比定压热容cp3.cp-cV迈耶公式4.定值比热容单原子双原子多原子1.671.41.29第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.9.5理想气体的比热容比理想气体热力学能和焓仅是温度的函数2)1.9.6理想气体的热力学能和焓1)因理想气体分子间无作用力第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.9.7理想气体的熵理想气体的熵是状态参数定比热气体自由膨胀取全部气体为系统p2,v2第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1–10饱和状态、饱和温度和饱和压力1.10.1汽化和液化汽化：由液态到气态的过程蒸发：在液体表面进行的汽化过程液化：由气相到液相的过程沸腾：在液体表面及内部进行的强烈汽化过程。1.10.2饱和状态

当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡，宏观上气、液两相保持一定的相对数量—饱和状态。第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二饱和状态的温度—饱和温度，ts(Ts)饱和状态的压力—饱和压力，ps

加热，使温度升高如t'，保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps'。一一对应，只有一个独立变量。

1.10.3几个名词

饱和液—处于饱和状态的液体：t=ts；

干饱和蒸汽—处于饱和状态的蒸汽：t=ts；

未饱和液

—温度低于所处压力下饱和温度的液体：t<ts；

过热蒸汽

—温度高于饱和温度的蒸汽：t>ts,t–ts=d过热度；

湿饱和蒸汽—饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts。使未饱和液达饱和状态的途径：不变不变第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二干度—（湿度y=1–x）x01饱和液湿饱和蒸汽干饱和蒸汽湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1–11水定压加热汽化过程1.11.1水定压加热汽化过程预热汽化过热t<tst=tst=tst=tst>ts第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二opv.............aa’axa”ad...Cbxbdbb’b”cxcdcc’c”1.11.2水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图oTs.C..........aa”ad下界限线上界限线下界限线上界限线a’..aa’axa”ad第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二一点临界点两线上界限线下界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1–12水和水蒸气状态参数及图表

●水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算机计算）或查图表确定。●在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算1.12.1水和水蒸气状态参数第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零可近似为零2.未饱和水（t，p）●查图表或由专用程序计算●压力不太高时，可近似3.饱和水和饱和水蒸气(ps和ts)查图表或由专用程序计算4.过热蒸汽（p，t）查图表或由专用程序计算。第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二4.湿饱和蒸汽由ts（或ps）与x共同确定：未饱和水过热蒸汽湿饱和蒸汽第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.12.2水蒸气表

1.饱和水和干饱和蒸汽表00.01515253570100110150200250300350373.990.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.475711.553663.973518.5830816.52122.0640.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.001051560.001090460.001156410.001251450.001403690.001740080.003106206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.21060.392860.127320.0501120.0216690.0088120.003106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.33632.28852.341085.31344.01670.32085.92500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262746.352792.472800.662748.712563.392085.872500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.92114.11940.11715.41404.7893.00.0-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41861.84202.33072.79263.25333.77734.40929.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23866.83816.43126.07165.70425.21044.4092饱和水和干饱和蒸汽表（节录）(一)依温度排列第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二(二)依压力排列0.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.51.02.03.05.010.022.0646.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.867179.916212.417233.893263.980311.037373.990.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.00109250.00112720.00117670.00121660.00128620.00145220.003106129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.374860.194380.0995880.0666620.0394390.0180260.00310629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.35762.84908.641008.21154.21407.22085.92513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592777.672798.662803.192793.642724.462085.872484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.22014.81890.01794.91639.51317.20.00.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86102.13882.44712.64542.92013.35914.40928.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82146.58596.33956.18545.97245.61394.4092饱和水和干饱和蒸汽表（节录）第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2.未饱和水和过热蒸汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa饱和参数ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217.1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.12.3水蒸气的焓—熵（h-s）图第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二x=0.94x=0.98p=0.1MPa

0.02MPa

0.002MPa

1MPa550℃450℃200℃100℃350℃m3/kgm3/kgx=1skJ/(kg·K)hkJ/kghkJ/kg5.06.07.07.08.09.0skJ/(kg·K)37003500330031002700350033003100270025002300焓熵(h-s)图定干度线定压线定温线定容线第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.12.4水和水蒸气热力性质程序简介

目前，多数软件采用IFC公式，适用范围：273.16~1073.15K；0~100MPa；将整个区域分成6个子区域，用不同的公式描述，它们的边界线也用不同的函数表达。第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二

1997年,国际水和蒸汽性质协会（IAPWS）推出IAPWS-IF97作为水和水蒸汽热力学性质的国际工业标准，适用范围为：273.15K≤T≤1073.15K，p≤100MPa；1073.15K＜T≤2273.15Kp≤10MPa。IAPWS-IF97将此有效范围分为5个计算子区域：1—未饱和水区，2—过热蒸汽区，3—临界水和临界蒸汽区，4—饱和区，5—超高温（过热）蒸汽区。严家騄教授推算出统一公式，满足新骨架表的要求。张喻研究员研制了科学研究用水和水蒸气热力性质程序。第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1–13水蒸气的基本过程1.13.1基本公式过程中状态参数确定—图表或专用程序计算。功、热量的计算式：oTs.C..0123qlγqsup..1.13.2定压过程第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.13.3定熵过程注意：水蒸气其中κ为经验数字过热蒸汽饱和蒸汽湿蒸汽hsh1s1h212..汽化潜热p/MPa0.010.111022.12γ/(kJ/kg)2392.92257.92013.61319.70第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1-14热力循环1.14.1定义：

封闭的热力过程。特性：一切状态参数恢复原值，即1.14.2

可逆循环与不可逆循环.ab.cd.b.cd..a循环净功量等于循环净热量第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二bca.d1.14.3动力循环（正向循环输出净功；在p－v图及T－s图上顺时针进行；膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。abc..d.wnetqnet动力循环——热效率循环经济性指标：收益代价第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二opvoTs....1234THTL1234....wnetqnet1–15卡诺循环和卡诺定理1.15.1卡诺循环及其热效率

1.卡诺循环是两个热源的可逆循环绝热压缩等温吸热绝热膨胀等温放热12233445第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2.卡诺循环热效率第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二讨论：2）3）第二类永动机不可能制成。

4）实际循环不可能实现卡诺循环，原因：

a）一切过程不可逆；

b）气体实施等温吸热，等温放热困难；

c）气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦，输出净功极微。

5）卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。1）即循环净功小于吸热量，必有放热q2。第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1234TLmpnoTH。。。。1.15.2概括性卡诺循环

1.回热3.概括性卡诺循环及其热效率12TsO.34...qq’2.极限回热q第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.15.3多热源可逆循环1.平均吸（放）热温度注意：1）Tm仅在可逆过程中有意义2.多热源可逆循环2)．o12s1s2T1T2TmsT．o12nmT1T2TmLsT．．TmHAopgrB....第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.15.4卡诺定理

定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的

种类无关，与采用哪种工质也无关。

定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的

一切不可逆循环，热效率必小于可逆循环热效率。

理论意义：1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T2；

2）提高热机效率的极限。第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二循环热效率归纳：适用于一切工质，任意循环适用于多热源可逆循环，任意工质适用于卡诺循环，概括性卡诺循环,任意工质第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.16.1水蒸气朗肯循环

1）流程图2）p-v及T-s图...123456..p1.12465.p1p2.3...ss.1-16简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二

3）朗肯循环的热效率若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二

1.16.3初参数对朗肯循环热效率的影响

1.初温t1.1T2T不变.....第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2.初压力p1但x2下降且p太高造成强度问题.....不变3.背压

p2基本不变...2b3b4b但受制于环境温度，不能任意降低同时，x2下降。.第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二...123465p1......2act4act1.16.4有摩阻的实际朗肯循环

1.T-s图及热效率忽略水泵功：不变...2.不可逆性衡量

汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）近代大功率汽轮机ηT在0.92左右（h1–h2—理想绝热焓降）第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1.16.5

核电厂循环的理论热效率4-1水在蒸汽发生器中的预热、汽化过程近似认为定压过程1-2过程绝热2-3乏汽在冷凝器中冷凝，也为定压过程4-3绝热压缩，给水泵消耗的功循环净功第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二忽略水泵功

1.16.6蒸汽参数对循环的影响1.蒸汽初压力的影响

●循环平均放热温度T

m2

相等,但1p2p341p的平均吸热温度比循环12341

平均吸热温度高，因此初压较高的循环1p2p341p热效率较高。●单纯提高初压力，虽可使热效率提高，但同时也造成汽轮机出口蒸汽干度下降，蒸汽干度过低将危及汽轮机的安全运行。第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二●压水堆用二回路采用饱和蒸汽，饱和蒸汽的温度和压力一一对应，提高二回路蒸汽温度的效果和提高压力效果一样。●提高二回路蒸汽温度（或压力）需提高一回路冷却剂的温度，应提高一回路压力，所以，提高一回路冷却剂压力是提高核电厂循环热效率的有效途径。但是，这种影响受到水的热物理性质的制约。例如，大亚湾核电厂反应堆出口冷却剂平均温度为329.8℃，一回路压力为15.5MPa（饱和温度344.7℃）。若将之提高到20MPa，其饱和温度365.7℃，两者相比，虽然冷却剂饱和温度提高了21℃，可以使二回路蒸汽的初温有一定的提高，而带来循环热效率的些微提高，但一回路压力却因此而提高了4.5MPa，这将提高系统内各主要设备的承压要求及材料和加工制造的难度，最终影响到电厂的经济性所以，目前压水堆核电厂一回路系统的工作压力大多在15MPa。第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2.乏汽参数的影响

●维持蒸汽初参数p1、T1不变，降低乏汽压力p2，平均吸热温度仅稍有下降，而平均放热温度却明显下降，因此热效率将提高。

●乏汽压力p2选择取决于冷凝器内冷却流体的温度，冷却流体是自然界中的水。降低p2受制于环境温度。★提高核电厂循环热效率的方法，除提高初温（初压）及降低终压外，还可以从减少循环的不可逆性和改进循环着手，如采用抽汽回热循环、再热循环等。3.新蒸汽采用过热蒸汽

由于受反应堆压力的牵制，一回路冷却剂出口温度升高的余地不大，二回路蒸汽采用过热则必然降低压力不变第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1-17再热循环1.17.1设备流程及T-s