第1章压水堆核电厂二回路热力循环 ppt课件

1、1上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院 工程热物理研讨所工程热物理研讨所:ail: 2电厂的义务电厂的义务 核能或化学能核能或化学能热能热能电能电能能量转换的原理和规律能量转换的原理和规律热量传送的规律热量传送的规律流体在各种设备中流动的规律流体在各种设备中流动的规律工程热力学工程热力学传热学传热学流膂力学流膂力学341.1 热能动力安装热能动力安装分类及作功过程：分类及作功过程：共同本质：由媒介物工质经过吸热共同本质：由媒介物工质经过吸热膨胀作功膨胀作功排热排热 从燃料中获得热能，以及从燃料中获得热能，以及利用热

2、能得到动力的整套设利用热能得到动力的整套设备包括辅助设备，统称备包括辅助设备，统称热能动力安装。热能动力安装。 气体动力安装气体动力安装 内燃机、喷气动力安装、内燃机、喷气动力安装、 燃气轮机动力安装、燃气轮机动力安装、 蒸汽动力安装蒸汽动力安装51.2 工质的形状参数工质的形状参数2) 形状的单值函数。形状的单值函数。与过程无关与过程无关SHUTVp, 1) 形状参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效 应，系统有多个形状参数，如3) 形状参数分类形状参数分类 广延量广延量 强度量强度量4 形状参数坐标图形状参数坐标图 气体工质可用平面坐标上一点确定其形状，反之任一形状可在气体工质可用平面坐标上

3、一点确定其形状，反之任一形状可在平面坐标上找到对应点；无穷多形状构成的过程可表示成曲线。平面坐标上找到对应点；无穷多形状构成的过程可表示成曲线。pv1p1v1Ts2T2s2OO.61.3.1 温度温度比体积比体积mVv单位质量工质的体积单位质量工质的体积密度密度mV单位体积工质的质量单位体积工质的质量1v3m /kg3kg/m1.3.2 比体积和密度比体积和密度71.3.3 压力压力绝对压力绝对压力 p;表压力表压力 pepg; 真空度真空度 pvbvb()ppppp当地大气压当地大气压pbbeb()ppppp常用压力单位：常用压力单位：63252N1Pa11MPa1 10 Pa1kPa1 1

4、0 Pam1bar1 10 Pa1atm101325Pa760mmHg1mmHg133.32Pa1mmH O9.80665Pa 81.3.4 热力学能和总能热力学能和总能UUchUnuUthUk Up),(vTUU 总储存能总储存能kpE U EE 总能总能热力学能，内部储存能热力学能，内部储存能外部储存能外部储存能宏观动能宏观动能宏观位能宏观位能热力学能热力学能热力学能单位热力学能单位 JkJ工程中关怀工程中关怀U91.3.5 焓焓定义：定义：H = U + pV h = u + pv单位：单位：JkJ J/kgkJ/kg焓是形状参数。焓是形状参数。1.3.6 熵熵 定义定义revdqsT熵

5、是形状参数熵是形状参数J/(kg K) J/(mol K)焓是添加或减少工质而呵斥系统能量的变化量焓是添加或减少工质而呵斥系统能量的变化量熵变化意味着系统与外界交换热量或发生摩擦、电热等过程。熵变化意味着系统与外界交换热量或发生摩擦、电热等过程。101.4.1 功功1功的热力学定义：传送过程中的机械能。功的热力学定义：传送过程中的机械能。功是过程量功是过程量除与初终态还与中除与初终态还与中间途经有关间途经有关功可以用功可以用p - vp - v图上过程线图上过程线与与v v轴包围的面积表示轴包围的面积表示2功的符号商定：功的符号商定：1.4.2 热量热量1定义：由于温差经过边境传送的能量。定义

6、：由于温差经过边境传送的能量。2符号商定：系统吸热符号商定：系统吸热“+；放热；放热“-.12o 热量是过程量热量是过程量热量可以用热量可以用T - sT - s图上过程线图上过程线与与s s轴包围的面积表示轴包围的面积表示 热量与功的异同：热量与功的异同： 1.均为经过边境传送的能量； 3.功传送由压力差推进，比体积变化是作功标志； 热量传送由温差推进，比熵变化是传热的标志； 4.功是物系间经过宏观运动发生相互作用传送的能量； 热是物系间经过紊乱的微粒运动发生相互作用而传送的能量。功功2.均为过程量；均为过程量；热是无条件的；热是无条件的；热热功是有条件、限制的。功是有条

7、件、限制的。121.5.1 热力学第一定律的本质热力学第一定律的本质 能量守恒与转换定律在热景象中的运用。能量守恒与转换定律在热景象中的运用。 参与系统的能量总和热力系统输出的能量总和= 热力系总储存能的增量21()quuw第一定律第一解析式第一定律第一解析式功的根本表达式功的根本表达式热热工质吸热与升温关系，还取决于工质吸热与升温关系，还取决于W 的的“+、“、数值大小。、数值大小。1.5.2 热力学第一定律解析式热力学第一定律解析式第一定律第二解析式第一定律第二解析式稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式21s()qhhw轴功轴功131.5.3 稳定流动能量方程式的运用稳定流动能量方程式的运

8、用1.蒸汽轮机、气轮机蒸汽轮机、气轮机s12whh2. 风机，水泵类风机，水泵类C21whhq124312mmqhhhhq3.换热器锅炉、蒸汽发生器器等换热器锅炉、蒸汽发生器器等141.7.1 热力学第二定律热力学第二定律只需只需Q不大于不大于Q，并不违反第一定律，并不违反第一定律?1. 自发过程的方向性自发过程的方向性电流经过电阻，产生热量电流经过电阻，产生热量对电阻加热，电阻内产生反向电流？对电阻加热，电阻内产生反向电流？电能不大于参与热能，不违反第一定律。电能不大于参与热能，不违反第一定律。归纳：归纳：1自发过程有方向性；自发过程有方向性； 2自发过程的反方向过程并非不可进展，要有附加条

9、件；自发过程的反方向过程并非不可进展，要有附加条件； 3并非一切不违反第一定律的过程均可进展。并非一切不违反第一定律的过程均可进展。15能量转换方向性的能量转换方向性的本质是能质有差别本质是能质有差别无限可转换能无限可转换能机械能，电能机械能，电能部分可转换能部分可转换能热能热能0TT 不可转换能不可转换能环境介质的热力学能环境介质的热力学能2. 第二定律的两种典型表述第二定律的两种典型表述1.克劳修斯表达克劳修斯表达热量不能够自发地不花代价地从低温热量不能够自发地不花代价地从低温 物体传向高温物体。物体传向高温物体。2.开尔文开尔文-普朗克表达普朗克表达不能够制造循环热机，只从一不能够制造循

10、环热机，只从一 个热源吸热，将之全部转化为功，而个热源吸热，将之全部转化为功，而 不在外界留下任何影响。不在外界留下任何影响。3. 关于第二类永动机关于第二类永动机161.7.2 孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理isod0S 孤立系统熵增原理简称熵增原理：孤立系统熵增原理简称熵增原理： 孤立系内一真实践过程均使孤立系统熵添加。孤立系内一真实践过程均使孤立系统熵添加。讨论：讨论： 1熵增原理熵增原理Siso 0，可作为第二定律，可作为第二定律 根本表达式，根据根本表达式，根据熵增原理可判别过程进展的方向；熵增原理可判别过程进展的方向； 2孤立系统中一切过程均不改动其总能，即恣意过程中孤立系统中一

11、切过程均不改动其总能，即恣意过程中能量守恒。但各种不可逆过程均可呵斥机械能损失，而任能量守恒。但各种不可逆过程均可呵斥机械能损失，而任何不可逆过程均是何不可逆过程均是Siso 0， 所以熵可反映某种物质的共同属性所以熵可反映某种物质的共同属性0isoITs孤立系统孤立系统与外界没有任何质量和能量交换的系统与外界没有任何质量和能量交换的系统171.8.1 水蒸气的性质水蒸气的性质汽化：由液态到气态的过程汽化：由液态到气态的过程蒸发：在液体外表进展的汽化过程蒸发：在液体外表进展的汽化过程液化：由气相到液相的过程液化：由气相到液相的过程沸腾：在液体外表及内部进展沸腾：在液体外表及内部进展 的剧烈汽化

12、过程。的剧烈汽化过程。1. 饱和形状饱和形状 当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡，宏观上气、液两相坚持一定的相对数量饱和形状。18饱和形状的温度饱和形状的温度饱和温度，饱和温度，ts(Ts)饱和形状的压力饱和形状的压力饱和压力，饱和压力，ps 加热，使温度升高如 t，坚持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps。sspT 一一对应，只需一个独立变量。一一对应，只需一个独立变量。 2. 几个名词几个名词 饱和液饱和液处于饱和形状的液体：处于饱和形状的液体： t = ts； 干饱和蒸汽干饱和蒸汽处于饱和形状的蒸汽：处于饱和形状的蒸汽：t = ts； 未饱和液未饱和液 温度低于所处压力

13、下饱和温度的液体：温度低于所处压力下饱和温度的液体：t ts, t ts = d 过热度；过热度； 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽饱和液和干饱和蒸汽的混合物：饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts。干度干度lmxmmvv湿度 y =1x湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或或 x 表示。表示。191.8.2 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程预热预热汽化汽化过热过热t ts20opv.c ccxccd.Cbxbdbbbaxadaaa水定压加热汽化过程的水定压加热汽化过程的p-vp-v图及图及T-sT-s图图oTs.C.aaad下界限线下界限线上界限线上界限线下界限线下

14、界限线上界限线上界限线a.aaaxaad. . .pcr=22.12MPa tcr=374.1521 零点规定零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零规定：三相点液态水热力学能及熵为零273.16273.163273.16000.00100021m /kgusv30611.6Pa0.00100021m /kg0.612Jhupv可近似为零可近似为零 未饱和水未饱和水t t，p p查图表或由公用程序计算查图表或由公用程序计算 饱和水和饱和水蒸气饱和水和饱和水蒸气(ps(ps和和ts) ts) 查图表或由公用程序查图表或由公用程序计算计算 过热蒸汽过热蒸汽p p，t t查图表或由公用程序计算。查

15、图表或由公用程序计算。 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 由由ts或或ps与与x共同确定：共同确定：1.8.3 水和水蒸气形状参数及图表水和水蒸气形状参数及图表 1. 水和水蒸气的形状参数按不同区域，由给出的独立形状参数经过实践气体方程计算通常由计算机完成或查图表确定。2 .水蒸气表水蒸气表 1) 饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表 Ct MPap 3m /kgv kJ/kgh kJ/kg kJ/(kg K)ss00.01515253570100110150200250300350373.990.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.0056263

16、0.0311780.1013250.1432430.475711.553663.973518.5830816.52122.0640.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.001051560.001090460.001156410.001251450.001403690.001740080.003106206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.21060.392860.127320.0501120.0216690

17、.0088120.003106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.33632.28852.341085.31344.01670.32085.92500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262746.352792.472800.662748.712563.392085.872500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.92114.11940.11715.41404.7893.00.0-0.00020.

18、00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41861.84202.33072.79263.25333.77734.40929.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23866.83816.43126.07165.70425.21044.4092shhvvpt饱和水和干饱和蒸汽表节录饱和水和干饱和蒸汽表节录(一一)依温度陈列依温度陈列23(二二) 依压力陈列依压力陈列0.0010.0030.0040.0050.010.020.01.02.03.05.010.022.0646.9

19、49124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.867179.916212.417233.893263.980311.037373.990.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.00109250.00112720.00117670.00121660.00128620.00145220.003106129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.

20、885850.374860.194380.0995880.0666620.0394390.0180260.00310629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.35762.84908.641008.21154.21407.22085.92513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592777.672798.662803.192793.642724.462085.872484.12443.62432.22422.82392.02357

21、.52304.82257.62201.72108.22019.81890.01794.91639.51317.20.00.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86102.13882.44712.64542.92013.35914.40928.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82146.58596.33956.18545.97245.61394.4092 Ct MPap 3m /kgv kJ/kgh kJ/kg kJ/(kg K)ssshhvvpt饱

22、和水和干饱和蒸汽表节录饱和水和干饱和蒸汽表节录242) 未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表p0.001 MPa0.005 MPa0.01 MPa饱饱和和参参数数ts=6.949 v=0.001 000 1, v”=129.185h=29.21, h”=2513.3s=0.105 6, s ”=8.9735ts=32.879 v=0.001 005 3, v”=28.191h=137.72, h”=2 560.6s=0.4761, s”=8.3930ts=45.799 v=0.001 010 3, v”=14.673h=191.76, h”=2583.7s=0. 649 0, s”=8.1

23、481tvhsvhsvhsm3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK) 00.0010002- -0.05- -0.00020.00100020.0010003- -0.05- -0.00020.0010002- -0.04- -0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08

24、.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217. 1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.12

25、42725.18.5466253. 水蒸气的焓水蒸气的焓熵熵h - s图图定干度线定干度线定压线定压线定温线定温线 定容线定容线4. 水和水蒸气热力性质程序水和水蒸气热力性质程序x = 0.94x = 0.98p = 0.1MPa 0.02MPa 0.002MPa 1MPa550450200100350m3/kgm3/kgx =1s kJ/(kgK)h kJ/ kgh kJ/ kg5.06.07.07.08.09.0s kJ/(kgK)37003500330031002700350033003100270025002300定干度线定干度线定压线定压线定温线定温线 定容线定容线271.9.1 水

26、蒸气的根本过程水蒸气的根本过程过程中形状参数确定过程中形状参数确定图表或公用程序计算。图表或公用程序计算。s2121Vpquwqhwquuqhh oTs.C.0123qlqsup.2. 定压过程定压过程01hhql03hhqp12hh 23suphhq1. 功、热量的计算式功、热量的计算式3. 定熵过程定熵过程s12whh281.9.2 朗肯循环朗肯循环 1. 动力循环动力循环封锁的输出功的热力过程。封锁的输出功的热力过程。.ab.cd.b.cd.a热效率热效率nett11wq循环经济性目的：循环经济性目的：收益收益代价代价卡诺循环卡诺循环292. 水蒸气朗肯循环水蒸气朗肯循环 1流程图流程图

27、2p-v及及T-s图图 .123456. .p1.12465.p2.3.ss.30 3朗肯循环的热效率 net2t111wqqq t,Pt,Tww1212t1312hhhhhhhh 4提高朗肯循环热效率的措施 a提高新蒸汽温度提高新蒸汽温度b提高新蒸汽压力提高新蒸汽压力c降低乏汽压力降低乏汽压力313. 压水堆核电厂二回路循环压水堆核电厂二回路循环4-1 水在蒸汽发生器中的预热、水在蒸汽发生器中的预热、汽化过程近似以为定压过程汽化过程近似以为定压过程 114qhh1-2过程绝热过程绝热t,T12whh2-3乏汽在冷凝器中冷凝，乏汽在冷凝器中冷凝，也为定压过程也为定压过程 223qhh4-3绝热

28、紧缩，给水泵耗费的功绝热紧缩，给水泵耗费的功C43whh忽略水泵功忽略水泵功 net12t112whhqhh1实际热效率实际热效率322影响循环热效率的要素影响循环热效率的要素循环平均放热温度循环平均放热温度T m2 相等相等 ,但但1p2p341p的平均吸热温度比循的平均吸热温度比循环环12341平均吸热温度高，因此平均吸热温度高，因此初压较高的循环初压较高的循环1p2p341p热效率热效率较高。较高。单纯提高初压力，虽可提高热效率，但同时也呵斥汽轮机出单纯提高初压力，虽可提高热效率，但同时也呵斥汽轮机出口蒸汽干度下降，蒸汽干度过低将危及汽轮机的平安运转。口蒸汽干度下降，蒸汽干度过低将危及汽

29、轮机的平安运转。 压水堆用二回路采用饱和蒸汽，饱和蒸汽的温度和压力一一压水堆用二回路采用饱和蒸汽，饱和蒸汽的温度和压力一一 对应，提高二回路蒸汽温度的效果和提高压力效果一样。对应，提高二回路蒸汽温度的效果和提高压力效果一样。 33提高二回路蒸汽温度或压力需提高一回路冷却剂的温度，应提高一回路压力，所以，提高一回路冷却剂压力是提高核电厂循环热效率的有效途径。但是，这种影响遭到水的热物理性质的制约。如，大亚湾核电厂反响堆出口冷却剂平均温度为329.8，一回路压力为15.5MPa饱和温度344.7。假设提高到20MPa，其饱和温度365.7，两者相比，虽然冷却剂饱和温度提高21，可以使二回路蒸汽的初温有一定的提高，而带来循环热效率的些微提高，但一回路压力却因此而提高了4.5MPa，这将提高系统内各主要设备的承压要求及资料和加工制造的难度，最终影响到电厂的经济性所以，目前压水堆核电厂