热力循环概念和系统分析
热力学循环与热机实验设计
实验设备：制冷机、温度传感器、压力传感器、功率计等
实验步骤： a. 启动制冷机，使其达到稳定运行状态 b. 测量制冷机的输入功率、输出温度和压力 c. 计算制冷量、能效比等性能参数
汇报人：XX
验证热力学循环理论
热力学循环：包括四个主要过程：吸气、压缩、膨胀和排气
热机实验设计：根据热力学循环原理，设计出符合实际需求的热机
实验目的：验证热力学循环原理，提高热机效率
实验方法：通过改变热机参数，如温度、压力、体积等，观察热机性能的变化
确定实验目的和需求
设计实验方案和流程
准备实验设备和材料
进行实验操作和数据采集
热力学循环与热机的关系
热力学循环是热机工作的基础，其效率直接影响热机的性能
热力学循环包括四个主要过程：吸气、压缩、膨胀和排气
热力学循环的效率取决于压缩比、膨胀比、吸气温度和排气温度等参数
通过优化热力学循环，可以提高热机的效率和性能
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
热机在热力学循环中起到能量转换的作用，将高温热源的热能转化为低温热源的机械能
热力学循环的效率是衡量热机性能的重要指标，也是设计热机时需要考虑的关键因素。
提高热力学循环的效率可以降低能源消耗，提高热机的经济性和环保性。
热力学循环的效率受到多种因素的影响，包括热机的结构、材料、工作条件等。
热机实验设计
培养团队合作精神和解决问题的能力
提高实验技能和动手能力
掌握热机实验的基本操作和注意事项
应用领域：制冷机广泛应用于空调、冰箱、冷库等制冷设备中，为人们提供舒适的生活和工作环境。
热力学循环和热机效率的升华和提高
热力学循环和热机效率的升华和提高对于一个能源利用系统来说，热机的效率是关键指标之一。
而热机效率的提高，又与热力学循环紧密相关。
因此，本文将从热力学循环和热机效率入手，分析其升华和提高的相关途径。
热力学循环的基本概念热力学循环，简而言之，就是能够将热能通过某种方式转换成机械能的过程。
具体而言，就是通过一系列的物理变化来实现热能向机械能的转换。
热力学循环的过程中，最重要的就是卡诺循环。
卡诺循环是一种完美的理论循环，被称为热力学的黄金标准。
它假设一个由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，能够实现百分之百的热机效率。
然而，实际上，卡诺循环是很难实现的。
因为很难找到一个完美的绝热材料和能够准确地执行等温过程。
所以，热力学循环在实际应用中，往往只是一个近似的过程。
因此，热力学循环的效率也往往存在一定的损失。
热机效率的基本概念热机效率是指燃料在热机内部所释放的热量与机械功之间的比值。
因此，热机效率是衡量热机的性能指标之一。
它是通过下式计算得出的：η = W/ Q其中，η代表热机效率；W代表工作的净功（对外做功）；Q 代表进热量（燃料在热机内部所释放的热量）。
在实际应用过程中，热机效率不可能达到理论最高值。
原因主要有两方面：一是燃料的热值有一定的损失，无法完全转化为机械功；二是热机过程中存在着热损失和摩擦损失，也会导致热机效率的降低。
热力学循环的提高既然热力学循环是热机能量转换的基础，那么提高热力学循环效率就是提高热机效率的关键。
那么，热力学循环的提高有哪些方法呢？方法一：提高工作流体的温度热机效率与工作流体的温度有关。
因此，提高工作流体的温度是提升热力学循环效率的一个关键途径。
一种方法是采用高温气体燃料，例如氧化铈和氢气等。
另一种方法是采用高温液态金属，例如钠或铅等。
这些高温介质可以用来取代标准的水蒸汽循环中的水，以减少热损失并增加热机效率。
方法二：利用废热热机过程中产生的热损失是一个无法避免的问题。
但是，可以通过能量循环的方式来利用废热，从而提高热力学循环的效率。
热力学循环的分类与特点分析
热力学循环的分类与特点分析热力学循环是能量转换过程中最重要的一种方式，广泛应用于发电、制冷、空调等领域。
根据工作物质的特点和循环过程的性质，热力学循环可以分为理想循环和实际循环。
理想循环是基于一些假设和简化条件建立的，旨在研究系统的基本特性。
最常见的理想循环包括卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环。
卡诺循环是热力学循环中最重要的理论模型之一。
它是通过两个等温过程和两个绝热过程组成的。
卡诺循环的特点是高效率和可逆性。
在卡诺循环中，工作物质在高温热源吸热、进行等温膨胀、在低温热源放热、进行等温压缩的过程中，实现了最大的功输出。
卡诺循环的效率只取决于高温和低温热源的温度差异，与工作物质的性质无关。
斯特林循环是一种基于气体的热力学循环，通过气体的等温膨胀和等温压缩来实现能量转换。
斯特林循环的特点是低效率和可逆性。
斯特林循环的效率取决于气体的热容比和高温、低温热源的温度差异。
相比于卡诺循环，斯特林循环的效率较低，但是由于其结构简单、工作稳定，被广泛应用于小型发电机和制冷设备。
布雷顿循环是一种基于蒸汽的热力学循环，通过蒸汽的汽化、膨胀、冷凝和压缩来实现能量转换。
布雷顿循环的特点是高效率和不可逆性。
布雷顿循环的效率取决于蒸汽锅炉和冷凝器的温度差异，以及蒸汽涡轮机和泵的效率。
布雷顿循环是目前最常用的发电循环，广泛应用于火力发电厂和核电站。
除了理想循环，实际循环也是热力学循环的重要研究对象。
实际循环考虑了各种实际条件和能量损失，更符合真实工程应用。
实际循环包括朗肯循环、卡诺-朗肯循环和布雷顿-朗肯循环等。
朗肯循环是一种基于气体的实际循环，通过气体的等熵膨胀和等熵压缩来实现能量转换。
朗肯循环的特点是中等效率和不可逆性。
朗肯循环的效率取决于气体的热容比和高温、低温热源的温度差异，以及压缩机和涡轮机的效率。
卡诺-朗肯循环是理想循环和实际循环的结合，通过在卡诺循环中引入朗肯循环的等熵过程，来提高循环的效率。
卡诺-朗肯循环的特点是较高的效率和一定程度的可逆性。
热力学知识：热力学中的两大热学循环和三大热学过程
热力学知识：热力学中的两大热学循环和三大热学过程热力学作为物理学的一个分支，研究的是与能量转换和热流相关的问题，常常用于分析热力学循环和热学过程。
在热力学中，有两大热学循环和三大热学过程，它们对能源转换、环境保护和工业生产等方面都具有很大的影响。
一、两大热学循环热学循环是指在某种工质内进行加热、膨胀、冷却和压缩等过程后，以达到某种特定的目的的一种过程。
当我们讨论热力学循环时，通常指的是两种最常见的热学循环，即卡诺循环和布雷顿循环。
1.卡诺循环卡诺循环是一种被认为是最理想的热力学循环，因为它有最高的效率。
卡诺循环由两种等温过程和两种等熵过程组成。
这种循环通常被用来描述热量机的理论效率，也可以用来与实际的热力学循环进行比较。
卡诺循环的方程可以表示为：效率= 1 - （T2 / T1）其中，T1和T2分别表示循环中的高温和低温。
卡诺循环的主要优点是，如果实际循环可以接近卡诺循环，那么它可以达到很高的效率。
但是，卡诺循环不可逆和理论性质使它不能够应用于实际应用中。
2.布雷顿循环布雷顿循环是一种最常见并且应用最广泛的热力学循环，广泛应用于汽车引擎、电力厂和空调等领域。
布雷顿循环由四个不同的过程组成，包括等压加热、等压膨胀、等温冷却和等温压缩。
布雷顿循环的方程可以表示为：效率= （燃料的高位热值-废气传出热量）/燃料的高位热值二、三大热学过程热学过程是指在恒定的压强和体积下，引入或使系统中的热量流失的过程。
在热力学中，有三种最常见的热学过程，分别是等容过程、等压过程和等温过程。
1.等容过程等容过程（也称为等体积过程）是指在恒定的体积下，将热量引入系统或让系统中的热量流失的过程。
例如，加热密封容器中的气体就可以被认为是一个等容过程，因为容器的体积是不变的。
2.等压过程等压过程（也称为等压加热或等压膨胀过程）是指在恒定的压强下，引入或使系统中的热量流失的过程。
例如，让气体在一个搅拌锅内加热，使气体的内部压强不变，即为等压过程。
大学物理 热力学循环
热力学循环（thermodynamic cycle）基本定义热力学系统经过一系列传递热量并做功的热力学过程组成的集合，通过压强、温度等状态变量的变化，最终使热力学系统回到初始状态，又称循环过程。
热力学第一定律指出在一个循环中输入的净热量总等于输出的净功。
过程可重复的特性使得系统能够被连续操作，从而热力学循环是热力学中一个很重要的概念。
在实际应用中，热力学循环经常被看作是一个准静态过程并被当作实际热机和热泵的工作模型。
例如热机工作时，其中的工作物质即通过一系列的状态变化，把从高温热源吸取热量的一部分转变为机械功，将一部分废热排放到低温热源，而工作物质本身又回复到原来的状态。
由于热机要不断地工作，其中的工作物质就必须周而复始地进行这种循环过程，以不断地从热源吸取热量并对外作功。
一个热力学循环（斯特灵循环）的P－V图卡诺循环的P－V图在P－V图上热力学循环可表示为一个闭合曲线，P－V图的Y轴表示压强，X轴表示体积，则闭合曲线所包围的面积等于过程所做的功，不过在循环过程中系统的内能是变化的，只是当每一次循环结束时系统内能会回到初始值。
一个理想热机的循环示意图（箭头指向顺时针方向）热力学循环的类型理论上一个热力学循环由三个或多个热力学过程组成，这些过程可以为：等温过程（温度恒定，即使伴随有吸热或放热过程），等压过程（压强恒定），等容过程（体积恒定），绝热过程（系统与外界无热交换），等熵过程（可逆绝热过程），等焓过程（焓保持恒定）两种主要的热力学循环类型是热机循环和热泵循环。
热机循环将输入的部分热量转化为输出的机械功，而热泵循环通过输入的机械功将热量从低温传向高温。
如果组成循环的全部过程都是可逆的，则称此种循环为可逆循环；如果过程中的任一部分或全部是不可逆的，则称此种循环为不可逆循环。
热机循环将输入的部分热量转化为输出的机械功，而热泵循环通过输入的机械功将热量从低温传向高温。
完全由准静态过程组成的循环能够通过控制来作为热机或热泵循环使用。
热力学循环的分析深入了解热机循环中的功率与效率计算
热力学循环的分析深入了解热机循环中的功率与效率计算热力学循环的分析——深入了解热机循环中的功率与效率计算本文将深入探讨热力学循环的分析，重点关注热机循环中的功率和效率计算方法。
热力学循环是一种将热能转化为功的过程，是热力学在实际应用中最常见的形式之一。
了解热力学循环中的功率与效率计算，对于研究和优化热力学系统具有重要意义。
热力学循环是通过在系统内进行热交换和功交换的过程来实现能量转化的。
常见的热机循环包括卡诺循环、斯特林循环、奥托循环等。
在研究热机循环时，我们通常关注的是两个关键参数：功率和效率。
功率是指单位时间内执行的功。
在热机循环中，功率计算常用的方法是通过热交换和机械功交换的加和来计算。
在卡诺循环中，功率可以表示为：P = Q1 - Q2其中P表示功率，Q1表示向工作物质提供的热量，Q2表示从工作物质中取走的热量。
斯特林循环和奥托循环中的功率计算类似，具体的计算方法可以根据循环的特点进行细化。
效率是指系统从输入热能中转化为有效功的比例。
在热机循环中，效率计算常用的方法是根据卡诺循环的理论效率来进行计算。
卡诺循环是一个理想化的循环，其效率由两个温度之比决定，可以表示为：η = 1 - T2 / T1其中η表示效率，T1表示高温热源的温度，T2表示低温热源的温度。
通过计算实际循环与卡诺循环的效率比值，可以得到实际循环的效率。
除了上述常用的功率和效率计算方法外，热机循环中还有其他衡量指标的分析方法。
例如，循环的过程中热机对外界的热量交换量可以用热机的热容量来表示，通过计算循环过程中的热量交换的差值，可以获得循环中的热容量。
此外，还可以通过热机的等熵指数来分析循环中的功率和效率。
等熵指数是对于压缩机和涡轮机等热机元件非常重要的参数，它描述了在等熵过程中因热能转化而引起的变化。
通过进一步对等熵指数进行计算和分析，可以得到更加准确的功率和效率。
总之，在研究热力学循环时，我们需要深入了解热机循环中的功率与效率计算方法。
热力学中的非平衡态的热力学循环分析
热力学中的非平衡态的热力学循环分析热力学是研究热能及其转换与其他形式能量之间相互转化的学科。
热力学循环是指通过一系列的热能转换过程，将热能转化为机械能或其他能量形式的过程。
在热力学循环中，系统处于非平衡态时，其热力学性质与平衡态有所不同。
本文将以非平衡态的热力学循环为主题，分析其中的一些关键问题。
一、非平衡态的定义与特点在热力学中，平衡态是指系统的宏观性质不随时间改变的状态。
而非平衡态则是指系统的宏观性质随时间的推移而变化的状态。
非平衡态的特点是系统内各个部分之间的宏观性质不同，存在温度、压力、密度、浓度等的梯度或变化。
正因为非平衡态中存在宏观性质的差异，热力学循环在此状态下进行必然涉及到热量和功的传递，以及熵的产生和增加等过程。
与平衡态不同，非平衡态的热力学循环需要考虑这些额外的因素。
二、非平衡态热力学循环的分析方法非平衡态的热力学循环相对于平衡态热力学循环，其分析方法上有一定的差异。
在非平衡态条件下，我们需要引入一些新的概念和方法来描述系统的宏观性质。
1. 热力学流热力学流是指在非平衡态热力学循环中，由于温度、压力或浓度等参数的梯度，热量或物质会在系统中发生传输的现象。
热力学流的存在会带来能量和物质的损失，因此在分析非平衡态热力学循环时，我们需要考虑热力学流的影响。
2. 不可逆性非平衡态热力学循环中，由于热力学流的存在和熵的产生，其过程往往是不可逆的。
不可逆性的存在使得热力学循环效率降低，并导致系统的熵增加。
因此，在分析非平衡态热力学循环时，我们需要考虑不可逆性的影响。
三、非平衡态的热力学循环示例下面我们以一个具体的热力学循环为例，来分析非平衡态条件下的热力学循环。
假设我们有一个活塞与一个气缸相连，活塞可以在气缸内做往复运动。
开始时，气缸内的气体是在一个较低的温度下，在活塞的作用下进行膨胀。
膨胀过程中，气体的温度、压力和体积都会发生变化。
在膨胀过程中，由于温度和压力的差异，热力学流会导致热量的传递，使得系统的宏观性质发生变化。
热力学循环与热效率的计算
热力学循环与热效率的计算热力学循环是指通过一系列热能转换的过程，将热能转化为机械功的循环过程。
在工程领域中，热力学循环被广泛应用于各种能源转换系统，例如发电厂、汽车引擎等。
热效率是衡量热力学循环性能的重要指标。
本文将介绍热力学循环及其计算热效率的方法。
一、热力学循环的基本概念热力学循环一般由四个基本步骤组成：加热、膨胀、冷却和压缩。
在这四个步骤中，热能在工作物质（如水蒸气或气体）中的状态发生变化，从而完成能量转换的过程。
常见的热力学循环有卡诺循环、布雷顿循环等。
二、热效率的定义与计算热效率是指在热力学循环中，通过对输入热量和输出功的比值来衡量能量转换的程度。
热效率的计算公式如下：热效率 = 输出功 / 输入热量其中，输出功是指在循环过程中通过机械装置输出的能量，输入热量是指在循环过程中输入系统的热能。
三、卡诺循环的热效率计算卡诺循环是一种理想化的循环，其热效率被认为是热力学循环的上限。
卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。
在计算卡诺循环的热效率时，需要知道循环过程中的温度。
热效率 = (Th - Tc) / Th其中，Th表示最高温度，Tc表示最低温度。
四、实际循环的热效率计算实际循环的热效率往往低于卡诺循环的热效率，这主要是由于实际循环中存在能量损失的原因。
实际循环的热效率计算需要考虑到能量损失因素，如摩擦、热传导和排气损失等。
热效率 = (输出功 - 损失功) / 输入热量在实际工程中，为了提高热效率，可以通过优化循环参数、改进热交换设备和降低能量损失等手段进行。
五、其他热力学循环的热效率计算除了卡诺循环和实际循环，还有其他一些常见的热力学循环，如布雷顿循环、克劳修斯循环等。
这些循环的热效率计算方法与卡诺循环和实际循环有所不同，需要根据具体循环步骤和参数进行计算。
总结：热力学循环与热效率的计算是工程领域中重要的问题。
通过对热力学循环过程的分析和热效率的计算，可以评估循环系统的性能，进而指导系统的设计和优化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
s （3）2点：湿度太大，侵
蚀汽轮机叶片。
§6.2 朗肯循环
一、工作原理
过热器
1
汽轮机
将卡诺循环的2个定温 过程改为定压过程：
6
锅炉
T 发电机
2
凝汽器
4
3
给水泵
5 4
3
1 6
2
s
二、朗肯循环热效率 T 锅炉中吸热量：q1h1h4
q1 1
5
6 w1-2
4
汽轮机作功： ws,12 h1h2 w3-4 3
朗肯循环存在的问题
1、提高P1可以提高热效率，但x2下降对汽
轮机不利，限制了P1的提高；
2、定压吸、放热的传热温差大，导致朗肯 循环的热效率不高。
§6.3 朗肯循环的改进
1、蒸汽再热循环(reheat)
1
T
再 热
4
5
b
2
4
a
3
3
1a
6 b
2
s
再热循环汽轮机
再热循环的计算
T 5
1a 6b
吸热量：
有效功耗汽率： deDP sd0 Tm
理想输出轴功率：P0 Dh0 理想耗汽率： d0DP 01h0
[例1] 我国300MW汽轮发电机组：新蒸汽 p1=17M例1Pa，t1=550℃，汽轮机背压p2=5kPa。 求：汽轮机wT、给水泵 wP、循环热效率ηt、和 理论耗汽率d0 （1）按朗肯循环， （2）实际循环，汽轮机相对内效率为0.9。
(1) 相对内效率：
h
1 p1
T 实 理际 论功 功 hha0ct
h0
(2) 循环内效率：
i qh1ac t Tq1h0 Tt
p2hact
2act 2
s
3、其它性能参数
轴承摩擦损失，用机械效率m表示，则汽轮机输 出的有效功（轴功）：
w sm h ac t T m h 0
有效功率： PsTmDh0 ，D为蒸汽耗量
热力循环概念和系统分析
哈尔滨第三发电厂
火电厂系统图
蒸汽动力循环系统的简化
四个主要设备：
1 汽轮机
锅炉
锅
汽轮机
炉
发电机 凝汽器
4
2
给水泵
凝汽器
3 给水泵
动画演示
§6.1 蒸汽卡诺循环
T
Tc
T1 4
T2 3
1、理论上可以实现
2、实际中无法采用
原因：
1
（1）受临界温度限制，
T1不高，故η并不高
2
（2）3-4：压缩汽水混合 物困难。
q2 2
凝汽器定压放热量：q2 h2h3 水泵绝热压缩耗功：ws,34 h4h3
s
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
t
wnet q1
ws,12ws,34 q1
t
h1 h1
h2 h3
用平均吸、放热温度表示的朗肯循环热效率
t
wq1 q2
q1
q1
1 q2 q1
1 T2 T1
T
q1
1
5
6w
背压p2，再热压力pb 。求：循环ηt、终
湿度，并与朗肯循环比较。
p1，t1 确定点1→ h1，s1 T
1a
pb，s1 确定点b → hb
5
pb，ta =t1确定点a → ha,Sa
p2，Sa确定点2 → x2
3
6b 2
由p2查饱和水h → h3
s
t ((hh11 hhb3)) ((hhaa hhb2))
q 1h 1h 4h ah b
放热量： q2 h2 h3
3
2
净功（忽略泵功）：
s
w n et h 1 h b h a h 2
热效率： t,RHw qn1et
(h1hb)(hah2) (h1h4)(hahb)
结果：（1）再热使 t 提高； （2）x2
说明：
• 排汽干度x2提高，为提高初压创造了条件
p1 , p2不变，t1
好处：
t
1
T2 T1
T
5 4
3
1'
1 6
2 2'
•T1
t
• x 2 ' ：有利于汽机安全
不利之处：
• 对耐热及强度要求高， 目前最高初温：~550℃
s •v2 ：汽机出口尺寸
3、乏汽压力（背压）的影响
p1 , t1不变，p2
T
5 4 4' 3 3'
1 6
2 2'
s
影响：
•T 2
[解] 思路：
（1）在h-s图上，画出汽轮机过程线；
（2）确定各设备进出口状态，利用图表查
出所需参数，本题：h
T
1h
1 p1
4 3
2
h0
p2h2act
汽轮机：
s
进口p1, t1，查出h1;
2act 2
s
出口：从1点做垂线交p2于2点，查出h2，x2
实际出口：沿p2线往上量取h =(1-0.9)h0
找到2act点，查出h2act
水泵：进口3：饱和水， p2→饱和水和h3和s3 出口4：过冷水，p4=p1和s3查出h4
（1）按朗肯循环
p1
h1
汽轮机：wT =h1-h2=1448 kJ/kg 给水泵：wP =h4-h3=17.1 kJ/kg
h0
p2h2act
2act 2
s
水在锅炉中吸热：q1= h1-h4 =3271.2 kJ/kg
• 选择合适的再热压力，一次中间再热可使热效率提
高2％～5％ • 再热压力 pb=pa 0.2~0.3p1 • p1<10MPa，一般不采用再热。
•我国100~300MW机组： p1>13.5MPa，采用一次
再热。超临界机组， t1>600℃，p1>25MPa，采用 二次再热
[例2] 已知新蒸汽p1，t1，汽轮机排汽
循环热效率：ηt =wnet /q1=(h1-h2- wP) /q1=0.442
理论耗汽率：d0 =1/(h1-h2)=6.84×10-7 kg/J
（2）按实际循环
汽轮机相对内效率为0.9: 计算同上， 只要把 h2换成h2act即可。
p1
h1
h0
p2h2act
2act 2
s
讨论：若忽略水泵功： ηt =wnet /q1=(h1-h2) /q1=0.445，误差很小。
3(4) q2 2
s
三、蒸汽参数对热效率的影响 1、蒸汽初压的影响 好处：
t
1
T2 T1
t1 , p2不变，p1
•T1
t
T
T1
5'
1' 1
6'
• v 2 ' ，汽机出口尺寸
不利之处：
6
• 对强度要求高
4' 4
3
2' 2
•x2 : 不利于汽轮机
安全。一般要求出口
s 干度大于0.85~ 0.88
2、蒸汽初温的影响
t
限制：环境温度
•现在大型机组的p2为 0.0035 ~ 0.005MPa，相 应的ts 为27~ 33℃ ，已达 最低限度。
四、实际循环
1、实际循环：实际蒸汽动力循环中，各过 程都是不可逆的，以汽轮机为例：
T 5
4 3
1 6
2 2act sh1p1h0p2h2act
2act 2
s
2、实际循环的热效率
终湿度y2=1-x2
2、回热循环 (regenerative)
1 1kg
表面式：
抽汽 冷凝水
a2
α kg
6
3
5
4
(1-α )kg
回热器
回热循环动画演示
去凝汽器
混合式回热器：
抽汽
给水
冷凝水
回热循环计算
T
1
6
1kg kg
a
4 5 (1- )kg