热力学分析在蒸汽动力装置中的应用
工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环
第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化
工程热力学第一章
排入大气
压缩燃烧、膨胀
吸气排气
工作过程：
能量转换：
工作物质：
燃气
蒸汽动力装置流程简图
蒸汽动力装置流程简图
550℃
过热器
锅炉
给水泵
冷凝器
冷却水
汽轮机
发电机
Q
Q
1
2
W
20℃
高温高压蒸汽
W
p
蒸汽动力装置
1－炉子 2－炉墙 3－沸水管 4－汽锅 5－过热器6－汽轮机 7－喷嘴 8－叶片 9－叶轮 10－轴 11－发电机 12－冷凝器 13、14、16－泵 15－蓄水池
华氏温标：
1724年由德国人华氏（cabridl D Fahrenheit）提出。他把水、冰和氯化铵的混合物作为制冷剂而获得的当时可得到的最低温度作为0度，把人体的温度作为 96度，中间等分，这样的数字是由于当时广泛使用12进位法。符号tF ，单位 °F。
华氏温标与摄氏温标的换算关系为：t(℃)=0℃ = 32 oF100 ℃ = 212oF郎肯温标：
压力计 测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力表和U型管。
由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真实压力p （或称绝对压力）与环境压力pb之差，叫做表压力pe或真空度pv
分子运动学说认为压力是大量气体分子撞击器壁的平均结果。
绝对压力、表压力、真空度及大气压力之间的关系
0.96784
1
735.559
10000
mmHg
133.322
133.322×10-5
1.31579×10-3
1.35951×10-3
1
13.5951
mmH2O
蒸汽流量计原理
蒸汽流量计原理
蒸汽流量计是一种用来测量蒸汽流量的操作仪表，它的工作原理基于热力学和动力学原理。
蒸汽流量计的原理可以用以下步骤来描述：
1. 温差测量：蒸汽流量计中的传感器测量介质的温度差异。
传感器通常位于蒸汽流量计装置的进口和出口处，并通过接触液体来测量温度。
温差传感器的输出信号与蒸汽的热能有关。
2. 流速计算：通过测量温差和转换为蒸汽的热能，可以确定蒸汽的流速。
这些数据通过流速计的算法计算得出，并转换为适当的单位，通常是kg/s或者m³/s。
3. 流量计算：蒸汽的流速和密度可用于计算蒸汽的实际流量。
流量计算基于流量计的算法，它考虑到蒸汽的温度、压力和其他物理特性。
4. 显示和记录：蒸汽流量计通常具有一个数字显示屏以显示实时流量数据。
此外，还可以将数据记录到记录器或集中控制系统中以进行后续分析和报告。
蒸汽流量计可以采用不同的传感技术，例如热敏电阻、热膨胀或超声波传感器。
每种技术都有其优缺点，选择适当的传感器取决于应用需求和环境条件。
蒸汽流量计在工业过程控制、能源管理和环境监测等领域中具有广泛的应用。
工程热力学蒸汽的流动
c2 ' c2
h2
h2
/
2
2'
x=1
0
s
21
6-4 绝热节流及其应用
一、绝热节流的概念
流体流经阀门、孔板等装置时，由于局部阻力较 大，使流体压力明显下降，称为节流现象。如果节 流过程是绝热的，则为绝热节流，简称节流。
二、节流过程的特点
1 3 2
1、过程的基本特性： （1）节流过程是典型 的不可逆过程； （2）绝热节流前后焓 值相等。
第一篇
工程热力学
第六章 蒸汽的流动
新课引入
前面讨论的热力系中所实施的热力过程，一般都没有考 虑工质流动状况(如流速)的改变。但在有些热力设备中， 能量转换是在工质的流速和热力状态同时变化的热力过程 中实现的。如蒸汽在汽轮机中喷管内的流动过程；气体在 叶轮式压气机中扩压管内的流动过程等，其能量转换的规 律需专门研究，为以后汽轮机专业课的学习奠定一定的理 论基础知识。
h
节流前汽轮机按1-2进行：
p1
/
p1
t1
/
wt=h1-h2 wt′=h1′-h2′ 由于h1=h1′及h2′>h2， 则有 wt′<wt
h1Hale Waihona Puke h11t1/
1'
节流后汽轮机按1′-2′进行：
p2
h2
/
h2
2' 2
x=1
0
s
虽然蒸汽绝热节流后，焓不变，1kg蒸汽的总能量的数量 没变，但其作功能力降低了。
14
工程中常用的喷管型式为：渐缩喷管和缩放喷管
15
Ma<1
Ma<1
Ma>1
渐缩喷管
《热工基础》第六章
由于水的压缩性很小，水泵消耗的功与汽轮机 作出的功相比甚小，可忽略不计， h4 h3 0
t
(h1 h2 ) (h4 h1 h4
h3 )
h1 h1
h2 h4
h1 h2 h1 h3
汽耗率 ：动力装置每输出1J功所消耗的蒸汽量
d 1 wnet
单位：kg/J
工程单位：kg/（kW·h)
汽油机：小型汽车，摩托
按燃料 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
16
第六章小结
(1) 掌握朗肯循环的工作过程。 (2) 了解朗肯循环效率的影响因素及提高循 环效率的途径。
17
1 kW·h = 3600 kJ
P130 例题6-1 1 kg/J = 3600 kg/(kWh)
7
3．蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
t
h1 h2 h1 h4
h1 h2 h1 h3
朗肯循环的热效率 与新蒸汽的温度t1(初温)、
压力p1(初压)以及乏汽的压力p2(终压)有关。
将朗肯循环折合成熵变相
第六章 动力装置循环
本章将分别介绍典型动力装置—— 蒸 汽动力装置的工作原理，对相应的理想工 作循环进行分析，了解循环效率的影响因 素，掌握提高循环效率的方法。
1
热能动力装置 ： 将热能转换为机械能的设备，也称为
热力发动机，简称热机。
动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：
蒸汽动力装置循环: 以蒸汽为工质的热机工作循环（如蒸
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。
第十章 蒸汽动力循环装置
热效率:
b
c
2
0
图10-9 再热循环的T-s图
s
四、再热压力对循环热效率大小的影响
T
1
T1
1
1
T 1'
5
T1
T 1"
4
6
T2
3 2 2'
2
s
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1 p1<10MPa，一般不采用再热 10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热
目录
第十章 10-1 10-2 10-3
蒸汽动力循环装置
简单蒸汽动力装置循环(朗肯循环) 再热循环 回热循环
10-4* 热电合供循环
10-5* 几种与蒸汽有关的动力循环
•
教学目标：掌握蒸汽动力循环及其计算方法。
•
知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循
环；热电循环；蒸汽—燃气联合循环。
发 电 机
T
2
q2
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
实际的蒸汽动力循环都是以 朗肯循环为基础的。
1
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
q1
锅 炉
B
T
汽 轮 机
2
发 电 机
q2
凝汽器 给水泵
4 C
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝 3—4：给水泵中绝热压缩
10-3
回热循环
对于一级抽汽回热循环，每千克状态
为1的新蒸汽绝热膨胀到状态01（p01,t01），
化工热力学第六章 蒸汽动力循环与制冷循环
WS=(1-)(H3- H2)+(H2-H1)
6.1 蒸汽动力循环
ws 热效率 QH ws Qh 能量利用参数 QH
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 膨胀过程 6.3 制冷循环
6.2 膨胀过程
膨胀过程在实际当中经常遇到，如：高压流 体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等 设备或装置所经历的过程，都是膨胀过程。 下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨 论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀 过程及其所产生的温度效应
⑵H1升高，因为水不可压缩耗功很少，一般 可忽略不计，但H1增加，必须使P1、t1增加， P1太大会使设计的强度出现问题，从而使制 造成本增加，提高效率的收益，并不一定 能弥补成本提高的花费。
6.1 蒸汽动力循环
卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等 熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中，等温 放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基 本上能够与卡诺循环相符合，差别最大的 过程是吸热过程。现在主要问题是如何能 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效 率。显然改造不等温吸热是提高热效率的 关键，由此提出了蒸汽的再热循环和回热 循环。
6.1 蒸汽动力循环
1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环 2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图 3）朗肯循环 4）提高朗肯循环热效率的措施 5）应用举例
6.1 蒸汽动力循环
4）提高朗肯循环热效率的措施
要提高朗肯循环的热效率，首先必须找出影响热 效率的主要因素，从热效率的定义来看
对卡诺循环 对朗肯循环
ws TL c 1 QH TH
H ( )T P H ( )p T
H ( ) P CP T
6.2 膨胀过程
H ( )T T J ( ) H P P CP
第5章 热力学循环-热力学第二定律
• 即
Δ St = Δ Ssys +Δ ssur
（ Δ Ssys +Δ ssur ≥ 0 ） 热力学第二定律各种表述方式都内含共同的实质，即 有关热现象的各种实际宏观过程都是不可逆的。克劳修斯 的说法指出了热传导过程的不可逆性，开尔文的说法则指
出了功转化为功这一过程的不可逆性。
• 几个辅助的概念 • 热源——是一个具有很大热容量的物系。它既可作为取出热量 的能源，又可以作为投入热量的热阱，并且向它放热或取热时 温度不变，因此热源里进行的过程可视为可逆过程。地球周围 的大气与天然水源在许多工程应用问路中部可以视为热源。 • 功源——是一种可以作出功或接受功的装置，例如可以是一个
不可少的。 • 三、化学平衡状态计算。它是研究化学反应动力学以及设 计反应器和操作分析计算的前提。
5.1.热力学第二定律
• 热力学第二定律常用的三种表述： • (1)有关热流方向的表述．常用的是1850年克劳修斯的 说法：热不可能自动地从低温物体传给高温物体。
•
(2)有关循环过程的表述，常用的是1851年开尔文的说
（2）熵产
• 总之，有如下三种情况： • Δ Sg > 0 为不可逆过程； • Δ Sg = 0 为可逆过程； • Δ Sg < 0 为不可能过程。
（3）封闭体系的熵平衡式
•
dSsys
Q
T
dSg
搞清熵变dSsys、熵流dSf和熵产dSg这三个不同的 概念是非常必要的。 • 积分式为
Ssys
dS热源
Qsur
Tsur
Qsys Tsur
（B）
• 式中δQsur是热源与体系所交换的热；δSsys是体系与
热源所交换的热。 • 它们正好相差一个负号。Tsur是外界环境热源的温度。
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热力学分析在蒸汽动力装置中的应用
热力学分析是研究热力学过程的科学方法，它在蒸汽动力装置中有着
广泛的应用。
蒸汽动力装置利用燃料的燃烧产生热能，通过将水转化为蒸
汽产生动能，从而驱动发电机或机械装置进行工作。
热力学分析能够提供
理论依据和优化设计方案，以提高蒸汽动力装置的效率、减少能源消耗和
环境污染。
首先，热力学分析可以用于评估蒸汽动力装置的效率。
效率是衡量能
源利用效果的重要指标，对于蒸汽动力装置来说尤为重要。
通过分析热力
学循环中的热量转化过程，可以确定蒸汽动力装置的内部能量转化效率。
热力学分析还可以通过对热损失和热量交换进行计算，评估蒸汽动力装置
的外部能量转化效率。
通过优化热力学循环的工作参数和改进装置的设计，可以提高蒸汽动力装置的效率。
其次，热力学分析可以用于设计和优化蒸汽动力装置的工艺。
在蒸汽
动力装置中，燃烧产生的高温高压热气体通过热交换器向工作质量交出部
分能量，然后通过膨胀机转化为动能，最后经过冷却器冷却成为液态工质
再次参与循环。
通过热力学分析，可以确定燃烧过程中的热负荷和工作质
量的流动特性，确定蒸汽动力装置的工艺参数和结构设计。
热力学分析还
可以用于优化热交换器和冷却器的结构，提高热传递效率和降低能源消耗。
再次，热力学分析可以用于预测和控制蒸汽动力装置的性能。
通过建
立热力学模型和数学模拟，可以预测蒸汽动力装置在不同工况下的性能特性。
热力学分析还可以用于控制蒸汽动力装置的运行参数，包括燃料供给、蒸汽压力和温度、工作质量流速等。
通过实时监测和调整这些参数，可以
实现蒸汽动力装置的自动控制和最优化运行，提高设备的稳定性和可靠性。
最后，热力学分析还可以用于评估蒸汽动力装置的环境影响。
蒸汽动力装置在燃烧过程中会产生大量的烟气和废热，对环境造成污染。
通过热力学分析，可以计算燃烧过程中的废气排放和热能损失，评估蒸汽动力装置的环境影响。
通过优化燃烧过程和改善废气处理系统，可以减少废气排放和能源浪费，降低蒸汽动力装置的环境影响。
总之，热力学分析在蒸汽动力装置中有着广泛的应用。
通过热力学分析，可以提高蒸汽动力装置的效率、优化工艺设计、预测和控制性能以及评估环境影响，从而实现能源的高效利用和环境的可持续发展。