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第十章 蒸汽动力循环 蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质 ：水蒸汽。 用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。 本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环 朗肯循环回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 yT的计算公式 yT的影响因素分析 yT的提高途径 1-1 水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。 二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。 1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2- 定温放热（冷凝汽） 可以实现 定温加热（锅炉） 5 绝热压缩（压缩机） 难以实现 原因：2-过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且的湿蒸汽比容比水大的多需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大减少，同时对压缩机不利。 2、循环仅限于饱和区，上限T1受的限制，使是实现卡诺循环3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机 为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水同时为了提高上限温这就需要对卡诺循环进行改进度采用过热蒸汽使T1改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环10-2 朗肯循环 过程： 从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入轮机T，蒸汽部分热能在T中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。 1-2 绝热膨胀过程，对外作功 2-3 q0=q1-q2=（h1-h4）-（h2-h3） 1kg工质在T中绝热过程所作的功 1kg工质在P中绝热过程消耗的功 故循环净功 则 由于过冷水在泵中绝热压缩过程，水具有不可压缩性故水温变化很 小。 即 故 即 ∴ 上式可简化： 参数确定：、可表示or图，只可查表 三、改变水蒸气参数对朗肯循环热效率的影响 1.提高蒸汽初温对热效率的影响 设初压p1＝const，乏汽压力p2＝const, ↑T1→ T1→ (Tm1 ＞Tm1 ) 。 过程2-3和原过程2-3放热温度相同，即 Tm2 ＝Tm2 ＝T2 　? 于是，由等效卡诺循环的热效率公式ηt＝1－(T2/Tm1)可知，蒸汽初温由T1提高到T1时，朗肯循环的热效率提高。 此外，当蒸汽的初温提高时，如果蒸汽的初压不变，绝热膨胀终了状态比原状态2有较大的干度。乏汽的干度增大 2.提高蒸汽初压对热效率的影响 设初温T1 ＝const，乏汽压力p2 ＝const。 ↑p1→p1→(Tm1 ＞Tm1 ) 。 过程2-3和原过程2-3放热温度相同，即 Tm2 ＝Tm2 ＝T2 于是，根据等效卡诺循环的热效率公式ηt＝1－(T2/Tm1)可知，提高蒸汽初压p1，可使朗肯循环的热效率提高。 当提高蒸汽的初压时，如果蒸汽的初温不变，则绝热膨胀终了状态2比原状态2有较小的干度。 干度减小说明乏汽中含有的水分增加，这会引起汽轮机内部的耗散增加。特别是干度较低而水分过多 时，由于水滴的冲击，汽轮机叶片的表面受破坏，甚至引起叶片振动，影响叶片的使用寿命。因此，一般同时提高蒸汽的初温及初压，既能提高热效率，又能保证汽轮机内部良好的工作条件 3.降低乏汽压力对热效率的影响 ?? 设初温T1＝const，初压p1＝const ?? 降低乏汽的压力p2→与乏汽压力相应的饱和温度也随 着降低，放热过程2-3要比原过程2-3有较低的放热温度 ，即T2‘＜T2。虽然这时加热过程的起点T0也降低为T0， 但它对整个加热过程的平均加热温度影响很小。 因而，由等效卡诺循环的热效率公式可知，降低乏汽的压力p2，可以提高朗肯循环的热效率。 乏汽的凝结温度主要取决于自然环境中冷却介质的温度。当乏汽的凝结温度降低到28℃时，乏汽的压力相应地降低为0.0039MPa左右。 时℃ 时℃ 将水从29℃加热到310℃，在朗肯循环中是直接由锅炉的燃料燃烧 释放的热量供给，产生1kg蒸汽所需的热量中大约有50%的热量被凝气器中的水带走，因而热效率不变，所以为提高，蒸汽功力装置都采用给水回热气的回热循环。