《工程热力学》 课件第10、12章 蒸汽动力装置循环、制冷循环、湿空气

第十章

蒸汽动力装置循环蒸汽及蒸汽动力装置(steampowerplant)

：

1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期

蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，促使资本主义诞生。

2）目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝大部分来自蒸汽动力。

3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。

4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。蒸汽电厂示意图§10-1简单蒸汽动力装置循环

—郎肯循环(Rankinecycle)一.简介二.朗肯循环

1.水蒸气的卡诺循环水蒸气卡诺循环有可能实现，但：

1）临界温度受限，温限小；

2）膨胀末端x太小；

3）压缩两相物质的困难；

所以，实际并不实行卡诺循环。2.朗肯循环

a）流程图b）p-v，T-s及h-s图

c）朗肯循环的热效率???若忽略水泵功，同时近似取h4

h3，则

d）耗汽率(steamrate)及耗汽量

理想耗汽率(idealsteamrate)

d0

—装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量耗汽量三.初参数对朗肯循环热效率的影响

1.初温t1

or循环1t2t3561t=循环123561+循环11t2t212.初压力p1但x2下降且p太高造成强度问题3.背压p2但受制于环境温度，不能任意降低同时，x2下降讨论：我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电

机组有什么

影响？四.有摩阻的实际朗肯循环

1.T-s图及h-s图忽略水泵功：

c）装置有效热效率ηe

Pe—有效轴功率

ηm—机械效率

b）装置内部热效率—internalthermalefficiency

忽略水泵功：考虑机械损失3.实际内部耗汽率di和耗汽量Di§10-2再热循环—reheatcycle;resuper-heatingcycle再热对循环效率的影响

忽略泵功：ηt？其他影响：x末上升、d0下降；但复杂化，投资升。§10-3回热循环--regenerativecycle一.抽汽回热循环—regenerativecyclewithsteamextraction;regenerativecyclewithfeed-waterheater二.回热循环计算

1.抽汽量忽略泵功能量方程：2.回热器(regenerator)R

熵方程：3.循环热效率

讨论：

a）抽汽回热ηt上升

b）抽汽级数越多ηt越高

，若级数趋向无穷ηt=1？

思考：1）抽汽回热循环否2）回热器是间壁式，α怎么求？3）回热器中过程不可逆，为什么

循环ηt上升？第十一章

制冷循环—refrigerationcycle§11-1概述制冷循环热泵循环

heat-pumpcycle逆向循环--reversecycleQc经济性指标：深冷<1普冷>1

冷吨--1000kg0ºC的饱和水在24小时内冷冻成

0ºC的冰所需的制冷量；

1冷吨=3.86kJ/s；（美国1冷吨=3.517kJ/s）制冷装置工作性能系数COP；

§11-2压缩空气制冷循环

--Gas-compressionrefrigerationcyclepp二.制冷系数—thecoefficientofperformance(COP)定比热—invariablespecificheatcapacity讨论：

1）相同温度的T0和TC2）三.回热式压缩空气制冷循环

压缩空气制冷，qc较小，且随π上升，ε下降，为兼顾Qc及ε，采用大流量叶轮压缩机并回热。

回热后：

因为

面积12nm1=面积45gk4

所以

qc=面积1mg61

q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’

ε相等，

π下降

§11-3压缩蒸汽制冷循环

--Thevapor-compressioncycle一.简介节流阀代替膨胀机分析Ts12345682.少从冷库取走热量优点：1.损失功量ab面积a84ba面积a86ba面积8468缺点：1.

省掉膨胀机，设备简化；2.

膨胀阀开度，易调节蒸发温度；84越陡越好利>弊二.制冷系数ε三.状态参数确定过冷措施Ts12345lnph123455’4’不变4’5’工程上常用§11-4制冷剂(Refrigerants)性质

制冷剂热力性质：

1.对应制冷装置工作温度的饱和压力适中；

2.汽化潜热大；

3.临界温度应高于环境温度；

4.蒸汽比体积小，导热系数大；

5.蒸发压力不低于环境压力，三相点低于制冷循环下限温度。

6.上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近定温放热及减少节流引起制冷能力损失。制冷剂其他性质

1.对环境友善

2.安全无毒

3.溶油性好，化学稳定性好，蒙特利尔协定书

CHCCHCHCR134a§11-6热泵循环—heatpump一.简介二.供热系数工业锅炉：电厂热效率：热泵供暖系数：

三.热泵供暖

例：华北某市热电厂排出水温30℃以上，余热量如以热泵回收，能满足1000万平方米建筑物采暖，一年节煤100万吨。

使用限制：

1.ε'与TR-T0反比，所以北方ε'比较低。

2.制冷，供暖联合运行工质性质要求苛刻。

3.环境热源土壤，水，空气分别存在λ小、

凝固、腐蚀等。第十二章理想气体混合物及湿空气

—moistair;atmosphericair12-1理想气体混合物

假定：

1.混合气体内部无化学反应，成分不变；

2.各组元气体都有理想气体的性质，

3.混合后仍具有理想气体的性质；

4.各组元气体彼此独立，互不影响。

相对成分=

分量

总量相对成分

混合气体质量kg

摩尔数kmol

容积m3项目

第i种组成气体绝对成分一、混合气体的折合摩尔质量及折合气体常数1、混合气体成分的几种表示方法：体积分数：

Vi为分体积质量分数：摩尔分数：2、混合气体折合摩尔质量3、混合气体的折合气体常数二、分压力定律和分体积定律1、分压力及分体积在与混合物温度相同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力称为分压力。用pi表示。

各组成气体都处于与混合物温度、压力相同的情况下，各自单独占据的体积称为分体积。用Vi表示。T,V

p1T,V

p2T,V

p

nT,…

V

2、分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道尔顿(Dalton)分压定律p,T

p,TV1,n1p,TV2,n2p,TV

n,n

nV=V1+V2+┅+Vi+┅+Vnn=

n1+n2+┅+ni+┅+nn…3、分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为亚美格(Amagat)分体积定律三、wi、xi、

i的转算关系12-2理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵1、比热容2、热力学能和焓热力学能和焓均为广延参数同理：3、熵熵为广延参数熵变同理：12–3湿空气

地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微量的其他气体所组成。水蒸气以外的所有组成气体称为干空气，看作是不变的整体。因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气体。

干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染

等因素而产生微小的变化，为便于计算，将干空气标准化（不考虑微量的其它气体）

成分相对分子质量摩尔成分O232.0000.2095N228.0160.7809Ar39.9440.0093CO244.010.0003湿空气=干空气(dryair)+

水蒸气(watervapor)湿空气是理想气体混合物一.未饱和湿空气(unsaturatedair)和

饱和湿空气(saturatedair)所以空气饱和与否取决于t，pv空气中的水蒸气如空气达成饱和的途径

t不变，pv上升，pv=ps(t)pv不变，t下降，t=ts(pv)二.露点—dewpoint

湿空气中水蒸气压力pv所对应

的饱和温度，td=ts(pv)。12-4湿空气的状态参数一.绝对湿度(absolutehumidity)ρv

每立方米湿空气中水蒸气的质量

kg/m3所以3）ρv数值不能直接反映湿空气吸湿能力的大小

如pv=0.6566kPa，1℃时pv=ps，无吸湿能力

10℃时pv<ps有吸湿能力。

二.相对湿度（饱和度）--humidity

φ——湿空气中水蒸气含量与同温度下

最大可能含量之比。所以φ=0干空气0<φ<1未饱和空气φ=1饱和空气吸湿能力下降注：当t>ts（p），如在1atm时，t>100℃时，

由于水蒸汽的最大压力（饱和压力）ps>p三.含湿量d——每kg干空气中所含水蒸气的质量讨论：a）当p一定时，12-5.干球温度t—dry-bulbtemperature，湿球温度tw

--wet-bulbtemperature

1.干、湿球温度计原理(wet-and-dry-bulbthermometer)干湿球温度计12-6湿空气的焓-湿图—psychrometricchart一.湿空气的焓东南大学清华大学北京林业大学哈尔滨工业大学湿空气的焓也可由下式计算适用范围：pb=101.325kPa、t

50℃，若pb≠101.325kPa，需按下式修正：以上均为浜田棠-吉田崇提出，在t不超过55℃时，误差不大于1%。

二.湿空气其他状态参数

按1kg干空气加dkg水蒸气的理想气体混合物计算

注：湿空气中水蒸气的参数可以通过查水和水蒸气

的热力性质表确定，也可以按理想气体性质计算。三.h-d图注意：h-d图随pb改变而改变A）制图依据B）线群介绍

1）定d线一组平行于纵坐标的直线群。露点td是湿空气d冷却到=100%时的温度。因此，含湿量d相同、状态不同的湿空气具有相同的露点。

2）定h线3）定t线由h=1.005t+(2501+1.86t)d

，当湿空气的干球温度t=定值时，h和d间成直线变化关系。t不同时斜率不同。因此等t线是一组互不平行的直线，t愈高，则等t线斜率愈大。

4）定tw线

绝热增湿过程近似为等h过程，湿空气的湿球温度tw(近似等于绝热饱和温度tw')是沿等h线冷却到φ=100%时的温度。因此，焓值相同状态不同的湿空气具有相同的湿