第6章+动力装置循环
第六章—热力循环
● 实际生产中并不采用蒸汽卡诺循环
◆ 卡诺循环的4个过程，前3个过程可近似实现，但绝热 压缩（c－5）过程较难实现，因为这一过程中工质为
汽液混合物，缺少合适的设备；
◆ 定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利； ◆ 蒸汽的比体积比水大上千倍，压缩时体积变化大—— 设备庞大，功耗大； ◆ 蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸汽区，上限温度受限于临界 温度（374.15℃），因此热效率不高，每循环完成的 功也不大。
低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参数
汽轮机 进汽压力 （MPa）
汽轮机进 汽温度℃ 发电功率 kW
1.3
3.5
9.0
13.5
16.5
340 1500～ 3000
435 6000～ 25000
535
550，535
550，535
5～10万
12.5万， 20万，30万， 20万 60万
6.1.2.4 实际循环
朗肯循环中有两个定压非定温吸热过程：
4-5 定压下将过冷水加热至沸腾的饱和水；
6-1 定压下将饱和水蒸汽加热至过热状态。 这两个过程都存在较大的传热温差，是造成循 环效率低的主要原因。为了提高效率，工程实际中 常对朗肯循环进行改进，采用回热循环和再热循环。
6.1.3.1 回热循环
上述理想的回热循环是难以实现的。首先锅 炉给水在汽轮机中被加热到沸腾很难控制（4～ 5）；其次，膨胀终点 d 的干度太小，对汽轮机工 作不利。实际上采用抽汽回热循环。
● 乏汽压力
p2
◆ 在p1，t1不变的前提下， 降低p2，效率提高 ◆ p2降低，干度下降 ◆ 乏汽压力取决于冷凝器的冷凝温度，受环境温 度限制，现在大型机组p2为0.0035~0.005MPa，相 应的饱和温度约为27~ 33℃ ，已接近事实上可能 达到的最低限度。
工程热力学六动力装置循环课件
VS
此外，随着环保要求的提高和清洁能 源的推广，燃气-蒸汽联合循环在垃 圾焚烧发电、生物质能利用等领域也 具有广阔的应用前景。
核能动力装置循环
核裂变反应原理
01
02
核裂变反应
链式反应
03 临界质量
核裂变反应堆工作原理
反应堆
冷却剂 安全壳
核能动力装置的应用
核电站
核潜艇
核动力航空母舰
THANKS
详细描述
斯图加特循环由德国工程师鲁道夫·斯图加特在20世纪30年代发明，通过改进进气和排气过程，减少热量损失， 提高了内燃机的热效率。
燃气轮机动力装置循环
布雷顿循环
总结词
详细描述
回流燃烧室循环
总结词
提高燃气轮机效率的循环方式。
VS
详细描述
回流燃烧室循环通过在燃烧室内形成回流， 增加燃料与空气的混合时间和燃烧程度， 从而提高燃烧效率。同时，回流还使得燃 烧室内压力升高，提高了循环热效率。
燃气-蒸汽联合循环实现了能量的梯级利用，提高了能源利用效率。同时，由于燃气轮机和蒸汽轮机分别在不同的压力和温度 下工作，因此可以充分利用各种燃料，包括低热值燃料。
燃气-蒸汽联合循环效率分析
燃气-蒸汽联合循环的应用
燃气-蒸汽联合循环广泛应用于电力、 工业、交通等领域的能源转换和利用。 在电力领域，燃气-蒸汽联合循环发 电厂具有建设周期短、投资少、运行 灵活等优点，是中小型电站和分布式 能源系统的优选方案之一。在工业领 域，燃气-蒸汽联合循环可以用于各 种工艺流程中的余热回收和能量转换。 在交通领域，燃气-蒸汽联合循环可 以用于车辆发动机的余热回收和能量 利用。
回热循环
总结词
详细描述
回热循环通过将部分做功后的蒸汽抽 出，引入回热器加热锅炉中的给水， 提高给水温度，减少锅炉中燃料消耗， 从而提高整个循环的热效率。
第6章 蒸汽动力装置循环(中文课件)
将在汽轮机中做了部分功的蒸汽从汽轮机中抽出来，
用以加热进入锅炉前的给水，这样不仅避免抽汽的冷源
损失，锅炉的给水温度也同时提高。
2. 回热装置系统图及T-s图
郭煜《工程热力学与传热学 》
过热器 6
锅炉
10
1 kg 1
7 kg 冷
凝 器
发 电 机 (1- ) kg 2
3 冷却水
9 给水泵
回热
4
凝结水泵
工程热力学与传热学
工程热力学 第六章 动力装置循环
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第六章 动力装置循环
内容要求
掌握蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环 掌握再热循环，回热循环 了解活塞式内燃机循环 了解燃气轮机装置的理想循环
郭煜《工程热力学与传热学 》
的经济性，寻求提高经济性的方法和途径。
方法和步骤 （1）首先：把实际问题抽象为可逆理论循环。分析找出
热效率及提高该循环热效率的可能措施，以指导实际循 环的改善。 （2）然后：分析实际循环与理论循环的偏离程度。找出 实际损失的部位，大小，原因，及改进措施。
郭煜《工程热力学与传热学 》
6-1 蒸汽动力装置循环
T
及汽轮机出口干度。 1
汽耗率：
56
蒸汽动力装置输出１kＷ.h
4
（3600kJ）功量所消耗的蒸汽量。 3
2
0
s
朗肯循环T–s图
例题
郭煜《工程热力学与传热学 》
3. 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力P1=13.5MPa，
初温度t1=550ºC，乏气压力为0.004MPa。当蒸汽在
汽轮机中膨胀至３MPa时，再加热到 t1，形成一次再热
第六章蒸汽动力装置
第六章蒸汽动力装置部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑第六章 动力装置循环英文习题1. Power generation by a steamturbineThe power output of an adiabaticsteam turbine is 5MW, and the inlet and the exit conditions of the steam are as indicated in Fig.6-1.(a> Compare t he magnitudes of Δh, Δke, Δpe.(b> Determine the work done per unit mass of the steam flowing through the turbine. (c> Calculate the mass flow rate of the steam.b5E2RGbCAP 2. The simple ideal Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the simple ideal Rankine cycle. The steam enters the turbine at 3 MPa and 350℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 75 kPa. Determine the thermal efficiency of this cycle.p1EanqFDPw3. Effect ofboilerpressure andtemperatureonefficiencyDXDiTa9E3dFIGURE 6-1FIGURE 6-2Consider asteam powerplantoperatingon the ideal Rankine cycle. The steam enters the turbine at 3 MPa and 350℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. Determine (a> the thermal efficiency of this power plant, (b> the thermal effic iency if the steam is superheated to 600℃ instead of 350℃, and (c> the thermal efficiency if the boiler pressure is raised to 15 MPa while the turbine inlet temperature is maintained at 600℃.RTCrpUDGiT 4. The ideal reheat Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the ideal reheat Rankine cycle. Steam enters the high-pressure turbine at 15 MPa and 600℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. If the moisture content of the steam at the exit of the low-pressure turbine is not to exceed 10.4 percent, determine (a> the pressure at which the steam should be reheated and (b> the thermal efficiency of the cycle. Assume the steamisFIGURE 6-3reheated to the inlet temperature of the high-pressure turbine.5PCzVD7HxA5. The idealregenerative Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the ideal regenerative Rankine cycle with one open feedwater heater. Steam enters the turbine at 15 MPa and 600℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. Some steam leaves the turbine at a pressure of 1.2 MPa and enters the open feedwater heater. Determine the fraction of steam extracted from the turbine and the thermal efficiency of the cycle.jLBHrnAILg工程热力学与传热学 第六章动力装置循环习题1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图，简单蒸汽动力装置循环的p-v 图与T-s 图。
06_第六章 气体动力循环
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
预胀比 表示定压燃烧时气体比体积增大的倍率。
(6-3)
2)循环热效率
混合加热循环在温熵图中如图6-3所示。它的热效率为 (a)
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
假定工质是定比热容理想气体,则 (b)
将式(b)代入式(a)得 (c)
6-2 活塞式内燃机的混合加热循环
6-4 活塞式内燃机各种循环的比较
2、在迚气状态以及最高温度(Tmax)和最高压 力(pmax)相同的条件下迚行比较
图6-13示出了三种理论循：
123451为循环加热循环
12’451为定容加热循环
12”451为定压加热循环
三种循环放出的热量相同： q2p = q2 = q2v = 面积 71567
图 6-7
6-3 活塞式内燃机的定容 加热循环和定压加热循环
1、活塞式内燃机定容加热循环分析
有些活塞式内燃机 (如煤气机和汽油机) , 燃料是预先和空 气混合好再迚入气缸的 , 然后在压缩终了时用点火花点燃。 一经点燃, 燃烧过程迚行得非常迅速,几乎在一瞬间完成, 活塞基本上提留在上止点未动, 因此这一燃烧过程可以看 作定容加热过程。其它过程则和混合加热循环相同。 定容加热循环(又称奥托循环)在热力学分析上可以看作 混合加热循环当预胀比 时的特例。
6-3 活塞式内燃机的定容 加热循环和定压加热循环
图 6-8
图 6-9
6-3 活塞式内燃机的定容 加热循环和定压加热循环
2、活塞式内燃机定压加热循环分析
有些柴油机的燃烧过程主要在活塞离开上止点的一段行 程中迚行,一面燃烧, 一面膨胀,气缸内气体的压力基本保 持不变,相当于定压加热。这种定压加热循环(又称狄塞 尔循环)也可以看作混合加热循环的特例。 状态3和状态2重合,混合加热循环便成 了定压加热循环(图6-10、图6 -11)。令式(6-4)中 , 即可得定压加 热循环的理论热效率计算式：
热工基础 第6章 循环
膨胀过程理想化为定熵膨胀过程；排气过程理想化为可逆定容冷却过程。
开口系统简化为闭口系统（进排气功相等，相互抵消）
7
§6-2 活塞式内燃机循环
三、混合加热理想循环
01 吸气 12 压缩 23 喷油、燃烧 34 燃烧 45 膨胀作功 50 排气
吸、排气线重合、忽略
压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程
燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热
5
w12 w34 w45
1
0
v
Rg
1
T1
1
p2 p1
1
p3
v4
v3
Rg
1
T4
1
p5 p4
1
q1 q23 q34 cV T3 T2 c p T4 T3
§6-2 活塞式内燃机循环
2. 循环热效率
t
wnet q1
wnet qnet q1 q2
二、分析动力循环的方法
变温热源的可逆循环
T
任意循环a-b-c-d-a→等效卡诺循环A-B-C-D-A。
平均吸热温度： Tm，1
q1 sc sa
Tds
a-b-c
sc sa
T1 Tm1 A
a
b
B c
平均放热温度：
Tm，2
q2 sc sa
Tds
ad c
sc sa
Tm2 D
C
T2
d
任意循环的等效卡诺循环热效率：
1)
§6-2 活塞式内燃机循环
3. 循环热效率的影响因素及提高循环热效率的途径
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k (
1)
上式说明： （1） 常 数 , 常 数 , t
热工基础第六章
火力发电厂的 蒸汽动力装置以水 蒸气为工质，主要 由锅炉、汽轮机、 冷凝器和水泵四个 设备组成。
发电机
锅 炉
汽轮机
循环水 乏汽
冷凝器
水泵
冷却水
3
1. 朗肯循环 朗肯循环是一个简化的 理想蒸汽动力循环，由4个 理想化的可逆过程组成： 3-4：水在给水泵中的可逆 绝热压缩过程; 4-5-6-1 ： 水 与 水 蒸 气 在 锅 炉中的可逆定压加热过程； 1-2：水蒸气在汽轮机中的 可逆绝热膨胀过程； 2-3：乏汽在冷凝器中的定 压放热过程。
1）进气冲程0-1：活塞从汽缸上死 点下行，进气阀开启，吸入空气。 由于进气阀的节流作用，气缸内 气体的压力约低于大气压力。
2）压缩冲程1-2：活塞到达下死点 1时，进气阀关闭；活塞上行，压 缩空气。 1－2’ 为多变压缩，p2’= 3~5MPa ，t2’=600~800℃， 2’ 点开始喷进柴油，柴油自燃温度约为205℃。
定压预胀比： 1 汽油机和煤气机的理想循环 循环热效率：
t 1
1
1
16
（3）定压加热循环 （狄塞尔循环)
定容升压比：
1
1
循环热效率： t 1
1
1
1
早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。
17
3. 影响内燃机理想循环热效率的主要因素 （1） 压缩比 的影响
表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。 升压比： p3 p2 表示定容加热过程工质压力升高的程度。 预胀比： v 4 v3 表示定压加热时工质体积膨胀的程度。
12
（1） 混合加热循环 单位质量工质的吸热量：
q1 cv T3 T2 cp T4 T3
合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1.1
(a)
6
Rankine循环中各个过程经理想化（即忽略工 质的流动阻力与散热、动、位能变化）应用稳定流 动过程的能量平衡方程分析如下。
1~2过程：汽轮机中工质作等熵膨胀（即可逆绝
热膨胀），对外作功量
WS H H2 H1kJ / kg （工质）
（6-1）
图6-1
6.1.1
7
2~3过程：湿蒸汽在冷凝器中等压等温冷凝，
p1'
p1
至x’2) x’2< x2，这
不利汽轮机的操作。
x2 '
x2
6.1.1
19
然而，提高汽轮机的进汽温度可降低汽轮机 出口蒸汽湿度。所以，为了提高循环的热效率， 汽轮机的进汽温度和进汽压力一般是同时提高 的，现代蒸汽动力装置采用的进汽温度，压力 在往高参数方向发展。
H2O 的 pc 22.05MPa
降低了出口蒸汽的湿 度（干度提高）x2<x’2。 改进了汽轮机的操作条 件
第18 次课结束2010
T1
x2 x2 '
图6-2
6.1.1
18
假定汽轮机出口蒸汽压力及进汽温度不变，将进汽 压力由p1提高到p’1， 也能提高循环的平均吸热温度，有利于提高循环热
效率，
单一提高进汽压 力，汽轮机出口蒸 汽的湿度也随之增 加(见图6-3中由x2
（6-5b）
6.1.1
11
汽耗率是蒸汽动力装置中，输出1kW·h的净功所
消耗的蒸汽量。用SSC（Specific steam s kg consumption）表示
3600 SSC kg /(kW h) WS
h kJ
kg / kw h
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例题 6.1
若使活塞式内燃机按卡诺循环运行，并设其温度界 限与下图所示混合循环相同，试从工程实践角度比 较两个循环，已知：p1=0.17MPa，T1=333K， p4=10.3MPa，T4=1985K，v2=0.0387m3/kg
4
Wnet Vh
活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环（Sabathe Cycle） 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：
循环热效率
t
v1 v2 p 定容增压比—Pressure Ratio 3 p2 v4 定压预胀比—Volume Ratio v3
q1v q1m q1 p
q2v q2 m q2 p
q2 p q2 m q2 v
q1 p q2 m q2 v
tv tm tp
或
tp tm tv
或
T 2 p T 2 m T 2v
T 1 p T 1m T 1v
T 2v T 2 m T 2 p
2017/11/13
分析动力循环的一般方法
一、分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。 二、分析动力循环的一般步骤 1）实际循环（复杂不可逆）
分析可逆循环 指导改善 抽象、简化
第六章 动力装置循环 Cycles of Power Installation
活塞式内燃机循环特点： 开式循环（open cycle）； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆； 各环节中工质质量、成分稍有变化。
1
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二、活塞式内燃机循环的简化 机械喷射式柴油机工作过程的理想化
P 3 2 4
简化原则：
1. 不计吸气和排气过程，将内燃机的工作过程看作 是气缸内工质进行状态变化的封闭循环。 2. 把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程。 3. 略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的 热量交换，近似地认为是绝热过程。 4. 用定容放热过程来代替废气排入大气中的实际放 热过程。 5. 空气标准假设。
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v p5 v5 p4v4 因 v1 p v p 2 1 2 1 2 有 T2 T1 v T1 2 两式相除，考虑到 p p4 p3 v1 v5 v2 v3 2 3 有 T3 T2 3 T1 1 p2
压缩比—Compression Ratio
wnet q1 q2 q51 1 q1 q1 q23 q3 4
1
cV T5 T 1 T5 T1 1 cV T3 T2 c p T4 T3 T3 T2 T4 T3
二、定容加热理想循环—Otto Cycle
t 1
c T T q2 T T 1 1 V 4 1 1 4 1 1 1 q1 cV T3 T2 T3 T2
讨论：a) t
b) ; t 不变，但wnet
三、定压加热理想循环—Diesel Cycle
2）第二定律分析法 熵分析法 Exergy分析法 熵产
吸热和放热过程
燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略 不计
Exergy损
活塞式内燃机实际循环的简化
一、活塞式内燃机简介
按燃料：煤气机、汽油机、柴油机 按点火方式：点燃式、压燃式 按照进气方式：自然吸气内燃机、增压内燃机 按照气缸布置方式：直列式（L型）、V型、W型、水平 对置、H型、星型 按冲程数：二冲程、四冲程 冷却方式：水冷、风冷 按照标定转速：高速机：n>1000r/min；中速机： 300≤n≤1000r/min；低速机n≤300r/min。
可逆理论循环
影响经济性的主要因素和可能改进途径
实际循环 2）分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际 损失的部位、大小、原因及改进办法。
三、分析动力循环的方法 1）第一定律分析法 以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。 综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。 作功能力损失 Exergy效率 四、空气标准假设 气体动力循环中工作流体 定比热 空气 燃烧和排气过程 理想气体
c) 重负荷（q1 ）因温度上升使 ，造成 热效率下降
3
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三、定压加热理想循环—Diesel Cycle
讨论： a) t wnet b) t wnet
c) 重负荷（，q1 ）时内部热效率下降， 除外还有因温度上升而使，造成热效率
p5 p4 v4 p v 3 4 p1 p2 v3 p2 v3
T5 T1
t 1
1
1 1 1
归纳：a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高 热效率的重要措施，是卡诺循环、第二定律 对实际循环的指导。 b.利用T-s图分析循环较方便。 c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m。
0-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入气缸内 空气的压力略低于大气压力。 1-2：绝热压缩过程 2－3－4－5：燃烧和膨胀过程 燃烧可简化为定容吸热过程和 5 定压吸热过程
6 1
Pb
0
5－6－0：排气过程
V
三、平均指示压力 ——Indicated Mean Effective Pressure
IMEP
利用、、表示t
因 p1v1 p2v2
p5 v5 p4v4
讨论：
1 பைடு நூலகம் 1 1
a) t
b) t
c) t
v 3 4 有 T4 T3 4 T1 1 v3 5 1 有 T5 T1 p5 p1
下降
t 1
1
c T T q2 T T 1 V 4 1 1 4 1 q1 c p T3 T2 T3 T2 1
1
1 1
活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一、压缩比相同，吸热量相同时的比较
二、循环pmax，Tmax相同时的比较