热工学基础4.1热力循环
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工热知识点总结
工热知识点总结一、理论基础1. 热力学基础热力学是研究热现象和能量转化规律的科学，其研究对象包括热力学系统的状态、过程和相互作用等。
热力学定律包括热力学第一、二、三定律，它们分别描述了能量守恒、熵增加和温度不可降的规律。
2. 热传导热传导是指物质内部热能的传递，根据导热介质的不同，可分为导热、导电、导磁等传导方式。
热传导的计算公式为热传导方程，其中包括热传导系数、温度梯度和距离梯度等。
在实际工程中，热传导的计算可以通过有限元分析、数值模拟等方法得到。
3. 对流传热对流传热是指通过流体的流动使热能传递的过程，可以是强迫对流或自然对流。
对流传热的传热系数和换热器的设计是工热领域的重要内容。
4. 热辐射热辐射是指物体由于温度差而发出或吸收的电磁波，热辐射的计算需要考虑辐射率、温度、表面发射率等参数。
热辐射通常可以通过辐射传热方程来描述，实际工程中可以应用黑体辐射、灰体辐射等模型进行计算。
二、热力学系统1. 封闭系统封闭系统是指不与外界交换物质，但与外界进行能量交换的系统。
热力学系统通常可以根据其与外界的物质交换情况分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
2. 开放系统开放系统是指既与外界进行能量交换，又与外界进行物质交换的系统。
例如，蒸汽锅炉和汽轮机系统就是开放系统。
3. 孤立系统孤立系统是指既不与外界交换物质，也不与外界进行能量交换的系统。
孤立系统是理论假设中的一个重要模型，可以用于研究理想化的热力学系统。
三、热力学循环1. 卡诺循环卡诺循环是理想化的热力学循环模型，其效率最高，可用于分析和比较各种热力学循环系统的性能。
卡诺循环包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程，可以用来分析热机和热泵的性能。
2. 布雷顿循环布雷顿循环是一种热力学循环，广泛应用于蒸汽轮机、汽轮机和制冷机等系统。
布雷顿循环包括等压加热、等压膨胀、等压冷却和等压压缩四个过程，可以用来分析蒸汽发电系统和空气压缩系统的性能。
3. 斯特林循环斯特林循环是一种理想化的热力学循环模型，包括等温定压加热、绝热膨胀、等温定压冷却和绝热压缩四个过程。
热工与流体力学基础最新版教学课件第4章 热力循环
h1 h5 h6 h7 h1 h3 h6 h5
ηt
？
其他影响：x末上升（根本目的）； • 再热循环本身不一定提高
d0下降；
循环热效率
复杂化，投资上升。
• 与再热压力有关
• x2降低,给提高初压创造 了条件，选取再热压力合
适，一般采用一次再热可
使热效率提高2％～3.5％。
4.1 蒸汽动力装置循环
4.3 燃气轮机装置的理想循环 一、燃气轮机(gas turbine)装置简介
小型燃气轮机
4.3 燃气轮机装置的理想循环
构成
压气机(compressor) 燃烧室(combustion chamber) 燃气轮机(gas turbine) 特点
1.开式循环(open cycle)，工质流动； 2.运转平稳，连续输出功； 3.启动快，达满负荷快； 4.压气机消耗了燃气轮机产生功率
简化：引用空气标准假设
燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热
排气5-1等容放热 压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程 吸、排气线重合、忽略 燃油质量忽略 燃气成分改变忽略
4. 2 活塞式内燃机循环 1. p-v图及T-s图
12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数： 压缩比(compression ratio) 定容增压比(pressure ratio)
44制冷循环面积34kn3面积35gm3相等下降44制冷循环不变相同适用于小压比大流量的叶轮式压气机空气制冷系统空气回热制冷与非回热的比较44制冷循环空气压缩制冷的根本缺陷44制冷循环二压缩蒸气制冷循环1设备流程及ts图44制冷循环2制冷系数44制冷循环过冷措施工程上常用44制冷循环62三热泵制冷系数制热系数制冷热泵44制冷循环endchaptertwo
演示版热力循环.ppt
23 凝汽器 p 放热
2
3 给水泵
33/ 给水泵 s 压缩 发电机
3/ 45 1 锅炉 p 吸热
凝汽器 郎肯循环
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
郎肯循环pv图 p
3/ 4
51
3
2
12 汽轮机 s 膨胀
23 凝汽器 p 放热
33/ 给水泵 s 压缩 3/ 45 1 锅炉
p 吸热
v
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
按燃料
汽油机 小型汽车，摩托
柴油机 中、大型汽车，火车，轮船 移动电站
煤油机 航空 按点燃方式： 点燃式，压燃式 按冲程数： 二冲程，四冲程
四冲程往复活塞式 内燃机在四个活塞 行程内完成进气、 压缩、作功和排气 等四个过程，即在 一个活塞行程内只 进行一个过程。因 此，活塞行程可分 别用四个过程命 名——进气行程、 压缩行程、作功行 程和排气行程
➢气缸工作容积 上、下止点间所包容的气 缸容积称为气缸工作容积。
➢内燃机排量 内燃机所有气缸工作容积 的总和称为内燃机排量。 ➢燃烧室容积
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
1、 朗肯循环简介
锅 炉
汽轮机
➢朗肯循环是最简 单、最基本的理想 蒸汽动力循环
发电机 凝汽器
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
给水泵
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
5 锅 炉
4
3/
1 汽轮机
12 汽轮机 s 膨胀
第八章 热力循环
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
蒸汽动力基本循环—朗肯循环(重点) 压气机循环 活塞式内燃机循环 燃气轮机装置循环 压缩蒸汽制冷循环
热力循环
3
2 2 ' • v2' 汽机出口
尺寸大
s
3.乏汽压力对郎肯循环热效率的影响
p1 ，t1不变，p2
优点：
• T2
t
T
5 4 4' 3 3'
1 6
2 2'
s
缺点： •受环境温度限制，现 在大型机组p2为 0.003~0.005MPa，相应 的饱和温度约为24~ 33℃ ，已接近事实上 可能达到的最低限度。
2.冷却水由泵泵入锅炉简化了设备，但降低了平均 吸热温度，从而使热效率降低：
3.增加了过热器，提高了平均吸热温度，而且提高 了乏汽的干度提高了循环效率，也改善了汽轮机 的工作条件：
6.2.2朗肯循环的热效率 T
汽轮机作功：
1
ws,12 h1 h2
5
6
凝汽器中的定压放热量： 4
q2 h2 h3
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
4.空气压缩制冷循环过程
冷却水
3
2
冷却器
1 2 绝热压缩 p T 膨胀机
压缩机
4 冷藏室 1
2 3 等压冷却 向环境放热，T
3 4 绝热膨胀 T <Tc （冷库）
4 1 等压吸热 T
Tc
理想化处理：①理气； ②定比热; ③ 可逆；
1 2 绝热压缩 s 2 3 等压冷却 p 3 4 绝热膨胀 s 4 1 等压吸热 p
一般很小，占
0.8~1%，忽略
泵功
汽耗率(Steam Rate) 工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量kg
3600 3600
d
工程热力学第11讲-第6章热力循环
新型热力循环的优势
新型热力循环可以更高效地利用能源，减少对环境的污染，并且可以提 供更稳定的能源输出。
03
新型热力循环的挑战
新型热力循环的研究面临着许多挑战，如技术难度大、成本高、安全性
等问题。
高效热力循环的探索
高效热力循环
为了提高能源利用效率，人们正在探索各种高效热力循环。例如， 有研究正在探索利用高温高压的热力循环，以提高能源的转换效率。
热力循环的组成
一个完整的热力循环通常包括四个主要过程，即吸 热过程、膨胀过程、放热过程和压缩过程。
热力循环的特性
热力循环具有可逆性和效率。在理想情况下，可逆 热力循环是效率最高的循环。
热力循环的分类
80%
根据工作物质分类
根据所使用的工作物质，热力循 环可以分为气体循环、液体循环 和固体循环。
100%
低温热源温度的降低可以减少循环总热量，从而 提高效率。
提高高温热源温度
高温热源温度的提高可以增加循环净功，从而提 高效率。
采用高效工质
选择具有高热容和低流动阻力的工质可以提高循 环效率。
05
热力循环的未来发展
新型热力循环的研究
01 02
新型热力循环
随着科技的不断进步，新型热力循环的研究也在不断深入。例如，有研 究正在探索利用核能、太阳能、地热能等新能源的热力循环，以替代传 统的化石燃料热力循环。
应用
燃气轮机循环广泛应用于 航空、船舶和工业领域。
制冷循环
定义
制冷循环是一种利用制冷剂的相 变过程实现热量转移的循环过程。
工作原理
制冷剂在蒸发器中吸收热量蒸发， 然后在冷凝器中放出热量冷凝，通 过压缩机的压缩和膨胀机的膨胀实 现循环。
应用
新型热力循环可以更高效地利用能源，减少对环境的污染，并且可以提 供更稳定的能源输出。
03
新型热力循环的挑战
新型热力循环的研究面临着许多挑战，如技术难度大、成本高、安全性
等问题。
高效热力循环的探索
高效热力循环
为了提高能源利用效率，人们正在探索各种高效热力循环。例如， 有研究正在探索利用高温高压的热力循环，以提高能源的转换效率。
热力循环的组成
一个完整的热力循环通常包括四个主要过程，即吸 热过程、膨胀过程、放热过程和压缩过程。
热力循环的特性
热力循环具有可逆性和效率。在理想情况下，可逆 热力循环是效率最高的循环。
热力循环的分类
80%
根据工作物质分类
根据所使用的工作物质，热力循 环可以分为气体循环、液体循环 和固体循环。
100%
低温热源温度的降低可以减少循环总热量，从而 提高效率。
提高高温热源温度
高温热源温度的提高可以增加循环净功，从而提 高效率。
采用高效工质
选择具有高热容和低流动阻力的工质可以提高循 环效率。
05
热力循环的未来发展
新型热力循环的研究
01 02
新型热力循环
随着科技的不断进步，新型热力循环的研究也在不断深入。例如，有研 究正在探索利用核能、太阳能、地热能等新能源的热力循环，以替代传 统的化石燃料热力循环。
应用
燃气轮机循环广泛应用于 航空、船舶和工业领域。
制冷循环
定义
制冷循环是一种利用制冷剂的相 变过程实现热量转移的循环过程。
工作原理
制冷剂在蒸发器中吸收热量蒸发， 然后在冷凝器中放出热量冷凝，通 过压缩机的压缩和膨胀机的膨胀实 现循环。
应用
热力循环热力学第二定律各种说法
二、克劳修斯说法
不可能不付代价地把热量从一个低温物体传给 另一个高温物体。表明了高温物体向低温物体 传递热量和低温物体向高温物体传递热量是两 类不同性质的过程，高温物体向低温物体传热 能自发进行，而低温物体高向温体传热则是有 条件的，必须具备外界输入功的这个条件，因 而这也从不同角度反映了自发过程的单向性， 所以也可以说，一切自发过程都是不可逆的。
入的热量（面积1 A23 A1）合并一道排给 高温热源，其排热量为面积。
• 与正向循环相反，这一类循环在状态图上 的特点是循环过程按逆时针方向进行的， 所以叫做逆向循环。综上所述，可知道循 环需要耗费一定的功，并且把它转变为热 量，这是这种循环得以实现的必要条件 （或补充条件），如果这个条件不能满足， 企图把热量从低温物体传给高温物体是不 可能的。
t
面积1 A2B1 面积1 A2341
• 这是T—S图的用处之一，在分析各种循 环的经济性时，广泛地被采用。
• 2、逆向循环
• 如图l—4—1(a)所示，工质由状态1沿A 膨胀到2以后，如果沿较高的压缩线2 - C -1 恢复到初始状态，则由过程曲线下所包围 的面积看出，压缩过程所消耗的压缩功为 面积2C1432，它大于膨胀过程1- A - 2所得 的膨胀功We的面积1A2341 ，这表明循环 的结果是工质消耗了循环W功0 ，并转变为 循环热Q0 排出。
热力循环 热力学第二定律各种说法
介绍热力循环的基本特点 热力学第二定律各种说法的等效性
热力学第二定律各种说法
热力学第二定律各种说法的等效性 2/18
第四章 热力学第二定律
§4—1 热力循环
• 一、循环的定义
• 为了使连续做功成为可能，必须在工质膨 胀做功之后，再经历某种压缩过程使它恢 复到初始状态，以便重新进行膨胀做功的 过程。这样一来，工质就可以周而复始连 续不断地把热量转变为功。这种使工质经 历一系列的状态变化，又重新恢复到初始 状态的封闭过程，叫做热力循环，或简称 循环。
热力循环
实际循环的功率 Ne 机械效率 m Ni
工质在锅炉中吸收的热 量 锅炉效率 B 燃料放出热量
动力装置效率
装置输出净功 燃料放出热量
5.3朗肯循环的改进
5.3.1蒸汽再热循环(reheat)
T 5 4 3
3
2
s
蒸汽再热循环的热效率
T 5 4 3
T2
t
5.2.4实际循环
T 5 实际功
1
6
w h1 h2 s
汽轮机效率（等熵效率）
4
3
2 2’
s
w h1 h2 s i ws h1 h2
近代大功率汽轮机 在0.85-0.92左右
理想循环的功率
D(kg / h) D(h1 h2 ) N0 d 3600 D (h1 h2 ) Ni i N 0 3600
ha 1 h4 1 h5
h5 h4 ha h4
忽略泵功
1kg 5
h h ha h
' a
' 2 ' 2
抽汽回热循环热效率的计算
T 1kg 6 kg 5 (1- )kg 4 3 2 1 a 吸热量： ' q1,RG h1 h5 h1 ha 放热量：
•优点 >缺点
提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 •缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级， 中大型火力发电厂一般为 4～8级。
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式 改变循环形式
背压式机组(背压>0.1MPa)
热力过程与热力循环
非准静态过程为不可逆过程。
三、热力循环
01. 我们把工质经过一系列状态变化又重新回复到原 来状态的全部过程称为热力循环，简称循环。如 右图中的封闭过程1-2-3-4-1。
02.
在热力循环中，若工质经过1-2过程后，又能沿 原线路过程2-3返回到始点状态（1-2与－2-3线 重合），则此热力循环为可逆循环；否则为不可 逆循环。
2. 实现条件：推动过程进行的势差无限小。
初态
P
末态
准静态过程
(P1,V1,T1)
过 程 线
(P2,V2,T2)
P1,V1,T1
P,V,T
P2,V2,T2
0
V
3. 特点：由于热力系经历的过程中每一状态均可称为平衡态，因而准平衡过程可在状态参数坐标图中用连 续曲线表示，称过程曲线；准平衡过程是一种理想化的过程，是实际过程进行得足够缓慢的极限情况，一 切实际过程只能接近于准平衡过程，在工程实际设备中进行的过程常常可作为准平衡过程。
2. 实现条件：一切不平衡势差全部消失。 对于一个状态可以自由变化的热力系，如果系统内以及系统与外界的一 切不平衡势差均不存在，则热力系一切可见的宏观变化将停止，这时热 力系处于平衡状态。
3. 特点：具有确定的状态参数。
准平衡过程
1. 定义：在热力过程中，不平衡势差无限小，热力学所经历的一系列状态都无限接近于平衡状态的热力过程。
《热工学基础》
热力过程与热力循环
一、平衡状态
热力过程：
热力系由一状态向另一状态变化时所经历全部状态的总和。 一个不受外界影响的系统，无论它的初始状态如何，经过充分 长时间后，它必将达到这样一种状态，系统的宏观性质不随时 间变化，即达到平衡状态。
1. 定义：没有外界作用的条件下，系统的宏观性质不随时间而变化的 状态。
三、热力循环
01. 我们把工质经过一系列状态变化又重新回复到原 来状态的全部过程称为热力循环，简称循环。如 右图中的封闭过程1-2-3-4-1。
02.
在热力循环中，若工质经过1-2过程后，又能沿 原线路过程2-3返回到始点状态（1-2与－2-3线 重合），则此热力循环为可逆循环；否则为不可 逆循环。
2. 实现条件：推动过程进行的势差无限小。
初态
P
末态
准静态过程
(P1,V1,T1)
过 程 线
(P2,V2,T2)
P1,V1,T1
P,V,T
P2,V2,T2
0
V
3. 特点：由于热力系经历的过程中每一状态均可称为平衡态，因而准平衡过程可在状态参数坐标图中用连 续曲线表示，称过程曲线；准平衡过程是一种理想化的过程，是实际过程进行得足够缓慢的极限情况，一 切实际过程只能接近于准平衡过程，在工程实际设备中进行的过程常常可作为准平衡过程。
2. 实现条件：一切不平衡势差全部消失。 对于一个状态可以自由变化的热力系，如果系统内以及系统与外界的一 切不平衡势差均不存在，则热力系一切可见的宏观变化将停止，这时热 力系处于平衡状态。
3. 特点：具有确定的状态参数。
准平衡过程
1. 定义：在热力过程中，不平衡势差无限小，热力学所经历的一系列状态都无限接近于平衡状态的热力过程。
《热工学基础》
热力过程与热力循环
一、平衡状态
热力过程：
热力系由一状态向另一状态变化时所经历全部状态的总和。 一个不受外界影响的系统，无论它的初始状态如何，经过充分 长时间后，它必将达到这样一种状态，系统的宏观性质不随时 间变化，即达到平衡状态。
1. 定义：没有外界作用的条件下，系统的宏观性质不随时间而变化的 状态。
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热力循环的评价指标 正循环：净效应（对外作功，吸热）
动力循环：热效率
T1 Q1
W
Q2 T2
热力循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
制冷循环：制冷系数
T0 Q1
W
Q2 T2
热力循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
制热循环：制热系数
T1 Q1
W
Q2 T0
4.1 热力循环 要实现连续作功，必须构成循环
定义： 热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化
过程称为热力循环。
分类： 过程
可逆 不可逆Байду номын сангаас
循环
可逆循环 不可逆循环
正循环：顺时针方向
p
T
1
2
2
V 净效应：对外作功
1
S 净效应：吸热
逆循环：逆时针方向
p
T
1
2
2
V 净效应：对内作功
1
S 净效应：放热