如何查及计算郎肯系统中各点的焓值
有机朗肯循环实验
动力工程学院本科生创新实验报告题目：有机朗肯循环：废热余热利用关于有机朗肯循环系统性能测试实验学号：2009XXXX班级：热能与动力工程X班姓名：XX教师：XXX动力工程学院中心实验室2013年1月注意：1.实验成绩按照百分制给出。
2.教师评定成绩根据实际情况时要有区分度。
3.本页由指导教师填写。
报告内容1.实验背景能源是推动人类社会发展的动力，随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗量的不断攀升，以及能源消耗带来的环境负担（如二氧化碳排放、酸雨等），能源和环境问题已成为全世界共同关注的重大问题。
能源利用形式不仅要讲究环境友好型，而且能源利用效率也要讲究高效型。
经过人类的不断研究，高温热源利用技术已经相对成熟，为了更好地缓解能源压力，人类开始对新能源进行探索，同时也开始对低品位能源利用技术进行研究。
因此，各种能源利用形式开始出现：太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物质能、工业废热等。
因此，对低品位能源（如工业废热）形式的利用，人类开始有机朗肯循环技术进行探索。
本实验对于有机朗肯循环系统利用废热进行了简单介绍及其性能进行实验研究。
2.研究进展有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)是以有机物代替水作为工质，回收低品位热能的朗肯动力循环。
有机物朗肯循环的研究最早始于1924年，有人以二苯醚作为ORC工作介质进行了研究。
1966年有学者撰文指出可应用有机朗肯循环回收低品位的热能，一时之间以氟利昂为工质回收低品位热能的朗肯循环引起了各国学者的广泛关注。
Curran H M J，Badr O J，Giampaolo G 等人在有机朗肯循环的设计、运行及工质选择等方面开展了较深入的研究工作。
我国自20世纪80年代开始对有机朗肯循环进行研究，分析了有机朗肯循环的热力系统及效率，论证了有机朗肯循环中工质的选择与循环参数的确定及对八种常用的氟里昂的动力粘度在100～450K范围内求出拟合公式。
焓值的定义与计算公式ea
焓值的定义与计算公式
空气中的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。
工程中简称为焓，是指一千克干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和。
在工程上，我们可以根据一定质量的空气在处理过程中比焓的变化，来判定空气是得到热量还是失去了热量。
空气的比焓增加表示空气中得到热量；空气的比焓减小表示空气中失去了热量。
在计算气流经过换热器的换热量的时候，气流一侧的换热量计算通过焓差计算相当简便：Q= M*(H_out-H_in)
Q是换热量
M是气流质量流量
H为气流比焓值。
其实这不只针对气流，对于气液两相的制冷剂流动，也是同样的计算方法。
空气焓值的定义及空气焓值的计算公式
空气的焓值是指空气所含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准。
焓用符号i表示，单位是kj/kg干空气。
湿空气焓值等于1kg干空气的焓值与d kg水蒸气焓值之和。
湿空气焓值计算公式化：
i=1.01t+(2500+1.84t)d = 〔1.01+1.84d〕t+2500 d 〔kj/kg干空气〕式中：
t—空气温度℃
d —空气的含湿量 g/kg干空气
—干空气的平均定压比热 kj/(kg.K)
—水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)
2500—0℃时水的汽化潜热 kj/kg
由上式可以看出：
〔1.01+1.84d〕t是随温度变化的热量，即“显热〞；
而2500d 那么是0℃时d kg水的汽化潜热，它仅随含湿量而变化，与温度无关，即是“潜热〞。
上式经常用来计算冷干机的热负荷。
1kW有机朗肯循环教学实验装置的设计及搭建
1kW有机朗肯循环教学实验装置的设计及搭建摘要:针对新工科专业建设，设计及搭建了一个适用于能源与动力工程专业本科教学、有机朗肯循环发电量测试的实验装置。
该平台由冷媒泵、烟气换热器、涡旋膨胀机、发电机组、冷凝器、过冷器、冷却水泵、干燥过滤器以及阀件等部件组成。
采用转速仪测试膨胀机转速，并通过力控组态软件采集温度、压力及流量信号，分析膨胀机做功及ORC系统性能。
该平台丰富了测试技术、工业余热回收利用测试实验台等内容，为学生应用测试技术、掌握系统开发、设计及运行创造了实验条件，提高了学生的实践能力。
关键词:本科教学；有机朗肯循环；涡旋膨胀机；工业余热为培养造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力支持和人才保障，2017年教育部提出了“新工科理念”。
根据专业认证要求，四年制本科工程教育的基本定位是培养学生解决“复杂工程问题”的能力[1-3]。
实践教学是培养学生解决复杂工程问题的重要环节[4-7]。
综合实验项目是复杂工程问题的载体，连接了实践、工程和理论。
另一方面，我国工业能源利用的热效率很低，存在大量低品位余热以中低温排烟、排气、排水等方式废弃[8]。
经合理估计，可回收的工业企业及民用建筑的余热资源总量至少达1500～2000Mt标准煤[9]，且利用余热资源的增量污染排放几乎为零[10]，回收工业余热可以有效缓解不可再生能源的消耗，也可以减少环境的污染。
因此，本文建立1kW有机朗肯循环教学实验装置，采用转速仪测试膨胀机转速，并通过力控组态软件采集温度、压力及流量信号，分析膨胀机做功及ORC系统性能。
利用有机朗肯循环发电系统实现低品位能源的利用，有利于学生了解能源动力类装备的运行过程及基本原理。
该实验装置对培养能动专业开发、设计、运行等领域卓越工程科技人才有很大帮助，为学生掌握系统运行基本原理创造了实验条件，提高了学生的实践能力。
一、实验系统及工况实验系统如图1所示。
有机朗肯循环实验
动力工程学院本科生创新实验报告题目：有机朗肯循环：废热余热利用关于有机朗肯循环系统性能测试实验学 号：2009XXXX班 级：热能与动力工程X 班 姓 名：XX 教 师：XXX动力工程学院中心实验室2013年1月实验名称：试实验注意：1.实验成绩按照百分制给出。
2.教师评定成绩根据实际情况时要有区分度。
3.本页由指导教师填写。
报告内容1.实验背景能源是推动人类社会发展的动力，随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗量的不断攀升，以及能源消耗带来的环境负担（如二氧化碳排放、酸雨等），能源和环境问题已成为全世界共同关注的重大问题。
能源利用形式不仅要讲究环境友好型，而且能源利用效率也要讲究高效型。
经过人类的不断研究，高温热源利用技术已经相对成熟，为了更好地缓解能源压力，人类开始对新能源进行探索，同时也开始对低品位能源利用技术进行研究。
因此，各种能源利用形式开始出现：太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物质能、工业废热等。
因此，对低品位能源（如工业废热）形式的利用，人类开始有机朗肯循环技术进行探索。
本实验对于有机朗肯循环系统利用废热进行了简单介绍及其性能进行实验研究。
2.研究进展有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)是以有机物代替水作为工质，回收低品位热能的朗肯动力循环。
有机物朗肯循环的研究最早始于1924年，有人以二苯醚作为ORC工作介质进行了研究。
1966年有学者撰文指出可应用有机朗肯循环回收低品位的热能，一时之间以氟利昂为工质回收低品位热能的朗肯循环引起了各国学者的广泛关注。
Curran H M J，Badr O J，Giampaolo G 等人在有机朗肯循环的设计、运行及工质选择等方面开展了较深入的研究工作。
我国自20世纪80年代开始对有机朗肯循环进行研究，分析了有机朗肯循环的热力系统及效率，论证了有机朗肯循环中工质的选择与循环参数的确定及对八种常用的氟里昂的动力粘度在100～450K范围内求出拟合公式。
焓值的定义与计算公式资料
焓值的定义与计算公式
空气中的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。
工程中简称为焓，是指一千克干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和。
在工程上，我们可以根据一定质量的空气在处理过程中比焓的变化，来判定空气是得到热量还是失去了热量。
空气的比焓增加表示空气中得到热量；空气的比焓减小表示空气中失去了热量。
在计算气流经过换热器的换热量的时候，气流一侧的换热量计算通过焓差计算相当简便：Q= M*(H_out-H_in)
Q是换热量
M是气流质量流量
H为气流比焓值。
其实这不只针对气流，对于气液两相的制冷剂流动，也是同样的计算方法。
空气焓值的定义及空气焓值的计算公式
空气的焓值是指空气所含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准。
焓用符号i表示，单位是kj/kg干空气。
湿空气焓值等于1kg干空气的焓值与d kg水蒸气焓值之和。
湿空气焓值计算公式化：
i=1.01t+(2500+1.84t)d = （1.01+1.84d）t+2500 d （kj/kg干空气）
式中：
t—空气温度℃
d —空气的含湿量 g/kg干空气
1.01—干空气的平均定压比热 kj/(kg.K)
1.84—水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)
2500—0℃时水的汽化潜热 kj/kg
由上式可以看出：
（1.01+1.84d）t是随温度变化的热量，即“显热”；
而2500d 则是0℃时d kg水的汽化潜热，它仅随含湿量而变化，与温度无关，即是“潜热”。
上式经常用来计算冷干机的热负荷。
基于实验室朗肯循环装置的实验研究
·实验技术·基于实验室朗肯循环装置的实验研究李维腾，李 季（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，北京 102206）摘要： 朗肯循环是工程热力学课程最基本且最重要的动力循环。
该文通过实验室朗肯循环装置对朗肯循环进行了实验研究，测定不同排汽压力下的循环热效率、涡轮相对内效率、循环摩擦损失等参数。
实验结果表明，实验室朗肯循环装置能够模拟朗肯循环的基本热力过程，但是热效率较低、摩擦损失较大。
论文对实验结果进行了分析，循环热效率低的主要原因是涡轮摩擦损失大、主蒸汽参数低，同时提出了改进实验室朗肯循环装置的措施。
实验室朗肯循环将热力学理论与实验结合，有助于学生理解和分析热力学基本理论，提高实验动手操作能力，提高分析和解决实际问题的能力。
同时将自主实验和创新实验融入到实验教学中，激发了学生的学习热情和基础科研能力，为创新性实验教学提供了借鉴。
关 键 词：工程热力学；朗肯循环；循环热效率；相对内效率中图分类号：TK123 文献标志码：A DOI: 10.12179/1672-4550.20190414Experimental Research Based on Rankine Cycle Lab-EquipmentLI Weiteng, LI Ji（School of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China ）Abstract: Rankine Cycle is the most fundamental and important power cycle in Engineering Thermodynamics. This paper conducted Rankine Cycle experiments with Rankine Cycle Lab-Equipment, and measured thermal efficiency, turbine relative internal efficiency, cycle friction loss and other parameters. Results showed that Rankine Cycle Lab-Equipment can simulate the basic thermal processes of Rankine Cycle, but with relatively low thermal efficiency and huge cycle friction loss. The main reasons for low thermal efficiency were huge friction loss of steam turbine and low main-steam parameters. Measures to improve Rankine Cycle Lab-Equipment were proposed according to experimental results and analysis. Laboratory Rankine Cycle combined Thermodynamic theory with experiment to help students understand and analyze the fundamental theory of Thermodynamics, improve their hands-on ability to conduct experiments and problem-solving capability. At the same time, independent and innovative experiments were integrated into experimental teaching, which stimulated students’ learning enthusiasm and basic scientific research ability, and provided reference for innovative experimental teaching.Key words: engineering thermodynamics; Rankine Cycle; thermal efficiency; relative internal efficiency理想朗肯循环是蒸汽动力装置最基本的循环，热力发电厂各种复杂蒸汽动力循环包括再热循环和回热循环都是在朗肯循环的基础上发展而来的。
有机朗肯循环的热力学分析
图 2 R245fa 为工质的 ORC 系统的温 － 熵图 Fig． 2 T － S Thermodynamic diagram of ORC
system for R245fa
在正常工作时，工质处于稳定流动状态，各热
力过程及能量关系如下 （ 以单位质量工质为基 准） ［7］．
（ 1） 等压吸热过程（ 4 － 5 － 6 － 1） ． 有机工质
示． 工质在蒸发器中从低温热源中吸收热量产生 有机 蒸 汽，进 而 推 动 膨 胀 机 旋 转，带 动 发 电 机 发 电，在膨胀机中做完功的乏气进入冷凝器中重新 冷却 为 液 体，由 工 质 泵 打 入 蒸 发 器，完 成 一 个 循 环．
图 1 有机朗肯循环余热发电系统原理图 Fig． 1 Schematic diagram of ORC waste heat
的不可逆损失，需减少各热力过程的有温差传热和摩擦损耗，即选取高效传热的蒸发器和冷凝器及设计
制造适合有机工质的膨胀机； 在冷凝器入口前加装回热器，可有效减少传热温差引起的不可逆损失，加
装回热器后整个系统的热效率提高了 0. 32% ． 研究结果可供有机朗肯循环系统设计作参考．
关键词： 热力学； 余热发电； 有机朗肯循环； 分析
－ wP － h4
=
h1
－ h2s － （ h1 －
h4 h4
－
h3 ）
（ 5）
在实际的热力循环中，所有过程都是不可逆
的． 尤其是有机蒸汽在膨胀机内的膨胀过程（ 1 －
以 R245fa 为工质回收利用 100 ℃ 左右的低
品位热源进行发电时，结合工程实际、各热力设备
的性能，选取了如下的操作参数作为计算工况： 膨
有机工质在回收显热方面也有较高的效率，
焓值的定义与计算公式
焓值的定义与计算公式之勘阻及广创作空气中的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。
工程中简称为焓，是指一千克干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和。
在工程上，我们可以根据一定质量的空气在处理过程中比焓的变更，来判定空气是得到热量还是失去了热量。
空气的比焓增加暗示空气中得到热量；空气的比焓减小暗示空气中失去了热量。
在计算气流经过换热器的换热量的时候，气流一侧的换热量计算通过焓差计算相当简便：Q= M*(H_out-H_in)
Q是换热量
M是气流质量流量
H为气流比焓值。
其实这不只针对气流，对于气液两相的制冷剂流动，也是同样的计算方法。
空气焓值的定义及空气焓值的计算公式
空气的焓值是指空气所含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准。
焓用符号i暗示，单位是kj/kg干空气。
湿空气焓值等于1kg干空气的焓值与dkg水蒸气焓值之和。
湿空气焓值计算公式化：
i=1.01t+(2500+1.84t)d = （1.01+1.84d）t+2500d（kj/kg干空气）式中：
t—空气温度℃
d —空气的含湿量 g/kg干空气
1.01—干空气的平均定压比热 kj/(kg.K)
1.84—水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)
2500—0℃时水的汽化潜热 kj/kg
由上式可以看出：
（1.01+1.84d）t是随温度变更的热量，即“显热”；
而2500d 则是0℃时dkg水的汽化潜热，它仅随含湿量而变更，与温度无关，即是“潜热”。
上式经经常使用来计算冷干机的热负荷。
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关于P88例题5-1中，如何查水蒸气热力性质图和表，计算得到以下四组数据： (习题5中的求解类似)
12343214.5/,2144.2/,191.84/,195.3/h kJ kg h kJ kg h kJ kg h kJ kg ====
（1） 1h
在课本P86中，如图5-3，
点1为过热蒸汽，114,400p MPa t C ==︒，故查附录14中
3,400p MPa t C ==︒时，13133231.6/, 6.9231/()h kJ kg s kJ kg K == 5,400p MPa t C ==︒时，15153196.9/, 6.6486/()h kJ kg s kJ kg K == 利用内插法，求得
114,400p MPa t C ==︒时，11?/,?/()h kJ kg s kJ kg K ==
（2） 2h
由图5-3，知点1和点2的熵一样，故
21?/()s s kJ kg K ==
点2为湿饱和蒸汽，由饱和水与饱和蒸汽组成，在条件为20.01p MPa =时，即可通过点2 的熵2s 反求出该点的干度：
2''(1)''(''')s xs x s s x s s =+-=+-，得?x =
再利用干度求出该点的焓2h ：
2''(1)''(''')h xh x h h x h h =+-=+-
（其中：'0.6493/(),''8.1505/(),
'191.84/,''2584.4/s kJ kg K s kJ kg K h kJ kg h kJ kg ==== ）
（3） 3h
在图5-3中，点3为饱和水，在条件为20.01p MPa =，查附录13，得3191.84/h kJ kg =。
（4） 4h
点3与点4重合，两者的熵一样，即430.6493/()s s kJ kg K ==
，而点4为未饱
和水，该点的压强为14p MPa =，故查附录14，40.6493/()s kJ kg K = 介于0.5709-0.8294之间，故利用内插法， 计算出3MPa 时，40.6493/()s kJ kg K = 所对应的43h 同理，5MPa 时，40.6493/()s kJ kg K = 所对应的45h 再利用内插法计算出，4MPa 时所对应的4h。