华北电力大学动力工程课件01绪论

发电厂热力设备

主讲：卞双

6/20/20251动力工程－热工基础本课程的主要内容绪论第一章工程热力学基础第二章传热学基础第三章锅炉设备第四章汽轮机第五章热力发电厂6/20/20252动力工程－热工基础本课程的主要内容绪论第一章工程热力学基础第二章传热学基础第三章锅炉设备第四章汽轮机第五章热力发电厂6/20/20253动力工程－热工基础绪论热能利用及在电力工业中的地位与作用电能及其生产方式中国电力工业发展概貌现代汽轮机发电厂的组成及生产过程本课程的任务与主要内容6/20/20254动力工程－热工基础能源与人类文明

能源和人类社会的发展有着密切的关系。人类文明的每一步都和能源的利用息息相关，能源是人类社会发展的重要物质基础。能源自然界中存在并可能被人类用来获取能量的自然资源称为能源。包括已开采出来的可供使用的自然资源与经过加工或转换的能量的来源。6/20/20255动力工程－热工基础能源的分类由于能源形式的多样，因此有不同的分类方法。按能源的来源分，可分为三类：地球本身蕴藏的能量资源，如：地热能、核能。来自地球外天体的能量，如：太阳能、化石燃料、生物质能、水能、风能和海洋能等。地球与其它天体相互作用的能源，如：潮汐能。6/20/20256动力工程－热工基础2.按被利用的程度分：常规能源，即在现有经济和技术条件下，已经大规模生产和广泛使用的能源，如：煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等。新能源，是指在新技术条件下系统开发利用的能源，如：太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能、核能等。3.按获得的方法分：一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等。二次能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等。6/20/20257动力工程－热工基础4.按能否再生分：可再生能源，即不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少，如水能、风能、潮汐能、太阳能等。不可再生能源，它随人类的利用而越来越少，如煤、石油、天然气、核燃料等。5.按能源本身的性质分：含能体能源，如石油、煤、天然气、地热、氢、草木燃料、核燃料等，它们可以直接储存。过程性能源，它们无法直接储存，如水能、风能、潮汐能、电能等。6/20/20258动力工程－热工基础6.按对环境污染情况分：清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等。非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。6/20/20259动力工程－热工基础能源与人类文明6/20/202510动力工程－热工基础能量广义地说，能量就是产生某种效果（或变化）的能力。自然界中蕴藏着丰富的能量，如：风力、水力、太阳能以及原子能等。按物质运动的形式不同，能量可相应地分为：机械能、热能、电能、化学能、辐射能、核能等多种形式。不同形式的能量具有可转换性，转换时遵守能量转换与守恒定律。6/20/202511动力工程－热工基础6/20/202512动力工程－热工基础热能：是指组成物质的所有微粒作各种不规则热运动时的总能量。热能的利用直接：加热、采暖、蒸煮、烘干。间接：热能——机械能——电能6/20/202513动力工程－热工基础电能及其生产方式电能是最具生命力的优质洁净能源，它能很方便地转换成其他多种形式的能量，如：机械能、热能、化学能等。电能便于通过变压设备和电力输送线路，实现远距离输送而损失较少。电能在国民经济发展中占据着重要地位，电力工业的发展直接影响到国民经济的发展。6/20/202514动力工程－热工基础电能可以由自然界的各种能源（一次能源）转换而来：化石燃料、水力、核能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等，其中以应用化石燃料（热力发电）、水力资源和原子能来发电占主要地位。6/20/202515动力工程－热工基础6/20/202516动力工程－热工基础6/20/202517动力工程－热工基础能源问题6/20/202518动力工程－热工基础热力发电特点：投资较少、建期较短、布局和规模灵活、可以既发电又供热；消耗大量燃料、发电成本高、技术管理较复杂、对环境有污染。水力发电特点：不消耗燃料、发电成本低、运行操作比较简单、对环境无污染；工程浩大、投资多、建期长、布局和规模受自然条件限制、发电能力在枯水季节将大幅度减小。6/20/202519动力工程－热工基础原子能发电特点：核燃料热值比煤的热值高出250万倍，因而核燃料的消耗量少，运输量小，发电成本低。污染小；初投资大，用于放射性污染的防护费用高6/20/202520动力工程－热工基础中国电力工业发展概貌光绪三十一年（1905年）镇江大照电灯有限公司全景6/20/202521动力工程－热工基础中国的电力工业从1882年至1949年，经过67年装机容量只达到185万kw，居世界第21位；发电量为43亿kwh，人均用电量9kwh，居世界第25位；1978年全国发电装机容量为5712万kw，发电量为2566亿kwh；2001年全国发电装机容量为3.3861亿kw，发电量为14839亿kwh。截止到2005年底，全国发电装机容量为5亿kw。6/20/202522动力工程－热工基础截至2006年底，中国发电装机容量达到6.22亿千瓦，居世界第二位。其中，水电12857万千瓦，占总容量的20．67％；火电48405万千瓦，占77．82％；核电685万千瓦，占总容量的1．1％；风力发电187万千瓦，占0．30％；生物质能等其他发电66万千瓦，占0．11％。中国的水能资源有6.87亿千瓦，可开发的有5亿千瓦，均居世界首位，但开发率仅24%左右。6/20/202523动力工程－热工基础核电的发展中国核电起步于上世纪80年代，经过20多年来的发展，已经建成和在建核电机组总装机容量约870万千瓦，占总装机容量的1.1％。1991年10月31日，我国自行设计建造的第一座核电站---秦山核电站（300MW）并网发电成功。1994年大亚湾核电站两套900MW压水堆机组投入商业运行。“九五”期间我国又有4座核电站投入建设。它们是：秦山二期2600MW压水堆核电站，秦山三期2700MW重水堆核电站，岭澳两个百万千瓦级压水堆核电站，连云港21000MW压水堆核电站。红沿河核电站规划建设6台百万千瓦级核电机组，其中一期工程规划建设4台核电机组，6/20/202524动力工程－热工基础2000年底运行中的主要水电站(1000MW及以上)6/20/202525动力工程－热工基础中国年发电量居世界的位次时间195019571965197819801985199019952003位次251397654226/20/202526动力工程－热工基础我国发电设备装机容量和年发电量发展情况6/20/202527动力工程－热工基础历年电力装机和发电量的构成比（1981～2000）6/20/202528动力工程－热工基础6/20/202529动力工程－热工基础6/20/202530动力工程－热工基础热力发电厂的分类分

类

方

法热

力

发

电

厂

类

型一

次

能

源化石燃料电厂，原子能发电厂，地热发电厂，太阳能发电厂，磁流体发电厂能

量

供

应供应电能的凝汽式电厂，供应电能、热能的热电站原动机

类型汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽－燃气轮机发电厂电厂

总容量小容量发电厂、中容量发电厂、大容量发电厂蒸汽

初参数中、低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界发电厂，超临界、超超临界发电厂电

厂

位

置坑口、港口、路口电厂，负荷中心电厂，位于煤源与负荷中心间电厂承

担

负

荷带基本负荷、带中间负荷、带尖峰负荷电厂机

炉

配

合非单元机组、单元机组电厂服

务

范

围系统中发电厂，区域性电厂，自备电厂，列车电站，孤立电厂6/20/202531动力工程－热工基础现代汽轮机发电厂的组成及生产过程现代热力发电厂的主要组成部分包括热力和电气两大部分，锅炉、汽轮机和发电机为发电厂的三大核心设备。6/20/202532动力工程－热工基础6/20/202533动力工程－热工基础现代汽轮机发电厂的生产过程从能量的观点看，热力发电厂的基本过程是：

燃料的化学能热能机械能电能

（锅炉）（汽轮机）（发电机）6/20/202534动力工程－热工基础火力发电厂生产系统示意图6/20/202535动力工程－热工基础制粉及燃烧系统制粉系统煤皮带运送机原煤仓给煤机磨煤机粗粉分离器旋风分离器煤粉仓给粉机输粉管喷燃器炉膛6/20/202536动力工程－热工基础燃烧系统燃料在炉膛内燃烧，以辐射换热方式将热量传递给炉墙内壁四周的水冷壁内的介质；燃烧产物为高温烟气和灰渣。高温烟气：依次经过过热器、省煤器、空气预热器、除尘器、引风机、烟囱，排入大气。灰渣、飞灰：用水冲入冲渣沟和冲灰沟。6/20/202537动力工程－热工基础汽水系统锅炉给水由给水箱给水泵高压回热加热器省煤器汽包下降管下联箱水冷壁管汽包过热器主蒸汽管汽轮机凝汽器热井凝结水泵低压回热加热器除氧器给水箱6/20/202538动力工程－热工基础冷却水系统江河（或冷却水池）中的水吸水滤网循环水泵冷却水进水管凝汽器冷却水出水管江河（或冷却水池）6/20/202539动力工程－热工基础6/20/202540动力工程－热工基础本课程的主要内容绪论第一章工程热力学基础第二章传热学第三章锅炉设备第四章汽轮机第五章热力发电厂6/20/202541动力工程－热工基础第一章工程热力学基础6/20/202542动力工程－热工基础本章主要包括以下内容工质及其基本状态参数热力学第一定律稳定流动能量方程式与焓水蒸汽在定压下的形成过程水蒸汽图表及其应用水蒸汽的典型热力过程热力学第二定律朗肯循环6/20/202543动力工程－热工基础6/20/202544动力工程－热工基础工程热力学是研究热现象的学科。工程热力学是热力学的一个分支，主要研究热能与机械能之间相互转换时的量与质的关系，着重研究热能转变为机械能的基本规律，并寻求进行这种转换的最有利的条件。工程热力学为人们正确理解发电厂中的能量转换过程，正确理解热力设备的原理等提供了必要的基础理论知识。6/20/202545动力工程－热工基础第二节

工质及其基本状态参数6/20/202546动力工程－热工基础工质是指参与热功转换的媒介物质。如：汽轮机是以水蒸汽作为工质的。6/20/202547动力工程－热工基础状态参数是描述工质在某一给定瞬间的物理特性的各个宏观物理量。基本状态参数—温度、压力、比容。6/20/202548动力工程－热工基础温度：表示物体冷热程度的物理量。热力学中，温度的测量采用热力学温度T），单位是开尔文（K）。

T=t+273.15(K)温度计：测量温度的仪表。如：水银玻璃杆温度计热电偶温度计光学温度计，等。6/20/202549动力工程－热工基础压力(p)：大量分子对容器壁面频繁撞击的平均结果。以单位面积承受的力的大小来表示。压力的单位：Pa，kPa，MPa。(1Pa=1N/m2)非SI单位：mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。

1at=1kgf/cm2=98067Pa1mmHg=133.321Pa1mmH2O=9.8067Pa6/20/202550动力工程－热工基础0ppbpg0ppbpv压力的测量：当实际压力P高于当地大气压Pb时，压力测量表的读数为表压力Pg；当实际压力低于当地大气压时，压力测量表的读数为真空度Pv

。

P=Pb+PgP=Pb－Pv6/20/202551动力工程－热工基础比容(v)：单位质量的工质所占有的容积。单位：m3/kg密度(ρ)：比容的倒数。单位容积内工质的质量。6/20/202552动力工程－热工基础热力学的几个概念热力系统：工程热力学中把所要研究的，为一定界面所包围的物质系统，称为热力系统。外界：热力系统以外的其它物体统称外界。开口系：与外界有物质交换的热力系。闭口系：与外界无物质交换的热力系。绝热系：与外界无热量交换的热力系。孤立系：与外界既无物质交换也无能量交换的热力系。平衡状态：在外界条件不变的情况下，即使经历较长时间，系统的宏观特性仍不发生变化，这种状态称为平衡状态。6/20/202553动力工程－热工基础热力系统、外界和边界

热力系统就是人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。热力系统简称系统、体系。与热力系统发生质、能交换的物系称为外界。热力系统与外界的分界线（面）称为边界。

*和力学中取分离体的方法一样，为分析问题方便起见，把热力学分析的对象从周围物体中隔离出来。6/20/202554动力工程－热工基础AB

1）热力系统的分割完全是“人为”的，因此对于不同的问题，甚至对于同一问题可取不同的系统。

例如研究向容器充气，可以取容器为系统，也可取充入容器的气体和原在容器内的气体一起为系统。6/20/202555动力工程－热工基础若没有质量越过边界，则系统称为闭口系（又称控制质量，用CM表示。）；若通过边界系统与外界有质量交换，则称为开口系（又称控制体积，用CV表示。）；与外界无热量交换的系统称为绝热系；与外界无任何形式的质量和能量交换系统称孤立系。本课程研究最多的是由可压缩物质组成的，无化学反应、与外界有能量交换的有限物质系统，称为简单可压缩系统。6/20/202556动力工程－热工基础6/20/202557动力工程－热工基础理想气体与实际气体理想气体：它的分子是不占有容积的质点，分子之间也不存在相互作用的内聚力。常见气体，其性质大致接近于理想气体。那些离液态不远的气体（如：水蒸气）除外。实际气体。为什么定义理想气体这种假想的模型？6/20/202558动力工程－热工基础

热力发动机中用来作为工质的水蒸气和制冷机中的制冷剂距液态不远，而且工作过程中有物质的集态变化。因此，这些工质一般不能作为理想气体看待。饱和状态是这类工质的重要性质对蒸汽动力循环、制冷循环和湿空气过程的理解和分析有重要作用。

6/20/202559动力工程－热工基础物理学告诉我们：p——气体的绝对压力（N/m2orPa）；v——气体的比容（m3/kg）；T——气体的热力学温度（K）；R——气体常数（N.m/kg.K）。理想气体状态方程6/20/202560动力工程－热工基础热力学状态平衡状态：只要不受外界环境的影响，工质的状态就不会随时间而变化，并且在工质的内部各处都具有相应相同的压力、温度和比容等状态参数。6/20/202561动力工程－热工基础第四节

热力学第一定律6/20/202562动力工程－热工基础热力学第一定律表述为：热可以变为功，功也可以变为热。一定量的热消失时，必产生数量与之相当的功；消耗一定量的功时，必产生数量与之相当的热。6/20/202563动力工程－热工基础热力学第一定律解析式：

q=△u+w

上式表明：加给工质的热量，一部分用来改变工质的内能，另一部分则用来使工质膨胀而对外作功。

注：该式仅适用于闭口系。6/20/202564动力工程－热工基础工质的内能内能是指工质在某种状态下内部所蕴藏的总能量，包括内动能和内势能。6/20/202565动力工程－热工基础内动能分子运动的动能。工质内部分子运动的动能愈大，工质的温度愈高，即工质的内动能是温度T

的单值函数；内势能分子之间由于相互作用力而具有的能量。工质的内势能与工质的比容有关，是比容v

的函数。理想气体由于不存在内聚力，故内势能为零。工质的内能，决定于工质的热力学温度和比容，即：u=f(T,v)。这表明：工质内能的大小完全取决于它所处的热力学状态。理想气体的内能，是温度的单值函数。内能是工质的一个状态参数。6/20/202566动力工程－热工基础功与压容图功被定义为力及沿力方向所产生位移的乘积。6/20/202567动力工程－热工基础膨胀功是气体体积变化而与外界交换的功。6/20/202568动力工程－热工基础功在p-v图上可用过程线与v轴包围的面积表示。功与压容图6/20/202569动力工程－热工基础设气缸中盛有1kg气体，缸内装有一个无摩擦可移动的活塞，其截面积为f，若缸内气体压力为P，作用于活塞外测的力为Fout，且作用于活塞里侧的力Pf稍大于外侧的力Fout，则气体将发生膨胀而使活塞向右移动dx的距离。则缸内气体对活塞所作的功为：

当此1kg气体从状态1变化到状态2时，所作的膨胀功为：（J/kg）6/20/202570动力工程－热工基础功与热量在热力学研究工质的热功转换规律时：功是过程的函数；热量也是如此。作功与传热是能量传递的两种基本方式“功”是由压力差的作用而传递的能量；“热量”是由温差的作用而传递的能量。二者都是能量在传递过程中的度量，且可相互转换。6/20/202571动力工程－热工基础6/20/202572动力工程－热工基础热量与温熵图

热量是由温度差的作用而产生的能量。可逆过程中过程中的传热量可表示如下：由此得到熵的定义式：TdqdsTdsqTdsdqss===ò216/20/202573动力工程－热工基础p-v图和T-s图功可用p-v图上过程线与v轴包围的面积表示；热量可用T-s图上过程线与s轴包围的面积表示，所以p-v图和T-s图是分析气体热力过程的能量变化的有力工具。在p-v图能够确定过程功的正或负；在T-s图上能够确定过程热量的正或负，对过程能量转换分析带来极大的方便。6/20/202574动力工程－热工基础6/20/202575动力工程－热工基础第六节稳定流动能量方程式6/20/202576动力工程－热工基础稳定流动：工质的流动情况不随时间而变化，即工质在设备任何截面上的所有状态参数和流速的平均值不随时间而改变，而且在同一时刻流经任何截面的流量均相同。6/20/202577动力工程－热工基础稳定流动能量方程式

如图所示，1kg工质从1-1截面进入系统，从2-2截面流出系统。当该工质从1-1截面进入系统时，带入系统中的总能量为：该工质从2-2截面流出系统时，传出系统的总能量为：

6/20/202578动力工程－热工基础考虑到和，根据能量守恒与转换定律可得出下列方程式：可写成：

令：，则：6/20/202579动力工程－热工基础焓(h)：

h=u+pv(J/kg)

因为u、p、v

都是状态参数，所以焓也是状态参数。焓：代表着每kg工质沿流动方向往前传递的总能量中直接取决于热力状态的部分。6/20/202580动力工程－热工基础技术功（wt）：从热力设备中流出来的技术上可资利用的功量。

适用于闭口系

适用于开口系6/20/202581动力工程－热工基础当工质在进出口处的流速变化不大、进出口的高度差也可不考虑时，则动能变化及位能变化均可忽略不计。此时，轴功就等于技术功，可用在p-v图上可用过程线与p轴包围的面积表示。

技术功又等于工质膨胀功与流动功的代数和：6/20/202582动力工程－热工基础流动功是开口系输出和输入的推动功的差，等于p2v2-p1v1，是开口系维持流动必须付出的代价。6/20/202583动力工程－热工基础在对闭口系列能量方程时，系统与外界交换的功应是膨胀功，在对压气机、燃气轮机、蒸汽轮机这样的开口系进行计算时的功应是技术功。6/20/202584动力工程－热工基础稳定流动能量方程式的应用在泵与风机中:上式表明,工质在泵和风机中接受压缩时外界所加给的技术功等于工质焓的增加。6/20/202585动力工程－热工基础第七节水蒸汽在定压下的形成过程6/20/202586动力工程－热工基础水蒸汽在定压下的形成过程

未饱和水饱和水湿蒸汽干蒸汽过热蒸汽6/20/202587动力工程－热工基础水蒸汽的形成过程在p-v图和T-s图上的表示Mc——饱和水线；Nc——干饱和蒸汽线；

——液体热；——汽化潜热；

——过热热量；c——临界点

6/20/202588动力工程－热工基础过热度：过热蒸汽的温度t

超过相应于同一压力下的饱和温度ts

的数值。干度：湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数。水的临界点参数：tc=374.15℃pc=22.129MPa

vc=0.00326m3/kg6/20/202589动力工程－热工基础6/20/202590动力工程－热工基础为什么用图表？1、工程中需要这些数据：h,v,等已知：汽轮机蒸汽进出口参数，怎样求作功？可由图表根据p1t1p2t2

求出焓降，从而得出作功的大小6/20/202591动力工程－热工基础2、水蒸汽不同于理想气体，其状态方程极其复杂。所以一般按温度和压力编排成类似于数据库的表格，以便查取不同热力状态下水蒸汽的多种热力参数(焓、熵、比容)

水和水蒸汽表(离散的点)或将这些数据拟合成曲线

焓熵图(离散与连续的结合)6/20/202592动力工程－热工基础水蒸汽表来源：实验数据整理目的：tp

hrts

psv查取方法:插值法6/20/202593动力工程－热工基础饱和水、干蒸汽、未饱和水、过热蒸汽可通过水蒸汽表直接查出。湿蒸汽参数可按下式计算：6/20/202594动力工程－热工基础6/20/202595动力工程－热工基础6/20/202596动力工程－热工基础6/20/202597动力工程－热工基础6/20/202598动力工程－热工基础温熵图液体热ql=h′汽化潜热r=h″-h′过热热量qsu=h-h″所以：

h′=ql

h″=ql

+r

h=ql

+r+qsu温熵图上任一点的焓值都可以用通过该点的定压线、垂直线、纵坐标轴和横坐标轴这样四条线为界线的一块面积来表示。6/20/202599动力工程－热工基础焓熵图线算图、莫里尔(德)来源：水蒸汽表目的：直接查取Δha定压加热b绝热流动定压线群、定温线群定容线群、干度线6/20/2025100动力工程－热工基础6/20/2025101动力工程－热工基础焓熵图（h-s图）6/20/2025102动力工程－热工基础第九节水蒸汽的典型热力过程6/20/2025103动力工程－热工基础定压流动过程

工质在设备中进行定压流动时所吸入（或放出）的热量等于其焓的增加（或减小）。

绝热流动的作功过程

水蒸汽在绝热情况下流经汽轮机时乃是依靠它的焓降转变为技术功。

6/20/2025104动力工程－热工基础通过喷管的绝热流动能量方程式：

工质流经喷管时，如果发生绝热膨胀，则其动能必将增大。6/20/2025105动力工程－热工基础喷管的型式根据喷管截面形状的不同，喷管可分为两种型式：渐缩喷管和渐缩渐扩喷管。

渐缩喷管渐缩渐扩喷管（拉伐尔喷管）6/20/2025106动力工程－热工基础喷管型式的选取：

当

p2/p1≥βc

时，采用渐缩喷管，喷管出口能获得亚音速或音速流动；当p2/p1＜βc

时，采用渐缩渐扩喷管，喷管出口能获得超音速流动，在最小界面处的流速理论上等于当地音速。

注：βc=pc/p16/20/2025107动力工程－热工基础绝热节流节流：

流体在管道中流动时，如果流经阀门、挡板、孔板等障碍物，流体则产生涡流和摩擦，即产生局部阻力损失，因而引起压力显著下降，这种现象，称为节流。节流后h2=h1p2＜p1s2＞s1工质通过孔板时的绝热节流6/20/2025108动力工程－热工基础绝热节流后，工质的作功能力将下降。绝热节流在h-s图上表示6/20/2025109动力工程－热工基础第十节热力学第二定律6/20/2025110动力工程－热工基础热力学基本定律6/20/2025111动力工程－热工基础热力学第二定律的表述克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。开尔文-浦朗克说法：任何发动机都不可能只从单一的热源吸热，并把它连续不断地转变为功。6/20/2025112动力工程－热工基础热力过程6/20/2025113动力工程－热工基础热力循环6/20/2025114动力工程－热工基础循环及其热效率循环：工质从某一状态出发，经过一连串的状态变化，而重新回到原来的状态，工质所经历的这些热力过程的综合，称为热力循环，简称循环。若循环的膨胀功大于压缩功，则循环的效果是使热能在一定的条件下连续不断地转变为机械能，这种循环称为“正向循环”或“热力循环”。（如右图所示）每一个循环热机所作的净功为：6/20/2025115动力工程－热工基础循环的热效率若工质经过一个循环，从高温热源吸收的热量为q1而向低温热源放出的热量为︱q2︱，则

根据热力学第一定律：则循环的热效率：

6/20/2025116动力工程－热工基础卡诺循环卡诺循环是在一定温度界限内热效率最高的循环，它是由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程组成的。

1→2：定温吸热过程；

2→3：绝热膨胀作功过程；

3→4：定温放热过程；

4→1：绝热压缩过程。卡诺循环的热效率

6/20/2025117动力工程－热工基础卡诺定理卡诺循环的热效率仅取决于热源温度T1和冷源温度T2而与工质的性质无关，T1愈高、T2愈低时，热效率愈高；任何热能动力装置的循环效率都不可能达到100%；当T2=T1时，卡诺循环的热效率等于零，这说明，只有单一热源的热力发动机是不可能存在的。6/20/2025118动力工程－热工基础第十一节朗肯循环6/20/2025119动力工程－热工基础简单蒸汽动力装置的理想可逆循环称为朗肯循环。朗肯循环的组成实现朗肯循环所需的热力设备包括：锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵等。6/20/2025120动力工程－热工基础朗肯循环是由以下热力过程组成的：1—2：过热蒸汽在汽轮机内的绝热膨胀作功过程2—3：乏汽在凝汽器中的定压放热过程

3—4：凝结水在给水泵中的绝热压缩过程4—5—6—1：给水在省煤器、汽锅和过热器中定压吸热过程

6/20/2025121动力工程－热工基础朗肯循环的热效率

则朗肯循环的热效率为：当p1≤10MPa时，水泵功可忽略不计，此时：6/20/2025122动力工程－热工基础提高朗肯循环热效率的途径提高初温、初压；降低背压。

6/20/2025123动力工程－热工基础提高初压，可以提高平均吸热温度，从而提高循环热效率，但却使乏汽干度降低，对汽轮机内效率、安全运行不利(x>0.85~0.88)发展方向：越来越高中压高压超高压亚临界超临界超超临界1、提高初压p16/20/2025124动力工程－热工基础提高初温可以提高平均吸热温度，并提高乏汽干度，但受到材料耐温性能的限制。发展方向：不易提高

540-555℃2、提高初温t16/20/2025125动力工程－热工基础降低终压可以降低平均放热温度，从而提高效率限制：环境温度(真空如何形成?)；循环泵电耗

全厂经济性(凝汽器中的乏汽压力，即汽轮机背压)3、降低终压p26/20/2025126动力工程－热工基础朗肯循环由于工质的平均吸热温度比循环的最高温度低得多，因而其循环热效率低。火力发电厂都不直接采用上述简单的朗肯循环，而是采用平均吸热温度比较高的回热循环和再热循环。6/20/2025127动力工程－热工基础朗肯循环—现代蒸汽动力装置的基本循环实际中对朗肯循环做改进回热循环+再热循环6/20/2025128动力工程－热工基础第二章传热学基础6/20/2025129动力工程－热工基础传热学是研究热能传递规律的学科。温差的存在，必然会引起热量从高温物体向低温物体进行传递。火电厂的生产过程，很多是和传热过程密切相联系的。热量传递的三种基本方式：导热

(热传导)对流换热辐射换热第一节概述6/20/2025130动力工程－热工基础导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子、自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。对流换热：流体和它所接触的固体壁面之间的热量传递方式。辐射换热：物体之间通过电磁波来传递热量，称为辐射换热。6/20/2025131动力工程－热工基础第二节导热6/20/2025132动力工程－热工基础

导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子、自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。6/20/2025133动力工程－热工基础傅立叶定律

1822，傅立叶假定固体中热的传导率正比于温度梯度。傅立叶定律表示为：λ－导热系数，W/(m·℃)6/20/2025134动力工程－热工基础导热系数导热系数表示物质导热能力的大小，它是物质的一个物性参数，可用导热仪来测定。W/(m·℃)6/20/2025135动力工程－热工基础导热系数导热系数小于0.23W/(m.℃)的材料习惯上称为：“保温材料”或“绝热材料”6/20/2025136动力工程－热工基础不同的物质具有不同的导热系数，同一物质导热系数的大小也随物质的内部结构、湿度、压力以及温度等因素而变化。导热系数

6/20/2025137动力工程－热工基础导热系数

6/20/2025138动力工程－热工基础二、通过无限大平壁的导热问题一维稳态无内热源为常数类比：欧姆定律导热热阻6/20/2025139动力工程－热工基础引入热阻的概念后：可把串、并联的思想用于导热计算通过多层平壁的稳态导热总热阻=串联热阻之和：6/20/2025140动力工程－热工基础对流换热是指流动着的流体和固体壁面接触时，相互间的换热过程。这一过程既包括流体各部分因发生相对位移所引起的热量转移（对流作用），同时也包括流体分子之间的导热作用，其总的结果称为“对流换热”。如果没有流体的运动，则热量的传递将是“导热”第三节对流换热6/20/2025141动力工程－热工基础6/20/2025142动力工程－热工基础两种对流热量转换形式强迫对流流体的流动是外力的驱动，如：泵或风机自然对流流体内的温差，导致流体的密度不同，冷流体（密度大）将下沉，热流体将上升。6/20/2025143动力工程－热工基础强迫对流换热例子6/20/2025144动力工程－热工基础自然对流换热例子（一）6/20/2025145动力工程－热工基础自然对流换热例子（二）6/20/2025146动力工程－热工基础自然对流换热例子（三）6/20/2025147动力工程－热工基础牛顿冷却定律对流换热量Q与换热表面积F以及固体壁面和流体之间的温度差(tw-tf

)成正比。即：a—对流换热系数，（或放热系数）W/(m2·℃)放热系数

表示流体和固体壁面之间的换热强度6/20/2025148动力工程－热工基础影响对流换热强度的主要因素

对流换热，热量的传递总是和流体的流动联系在一起，因此使这类问题大为复杂化。一般，对流换热强弱与流动发生的原因、流体的流动状况、流体的热物性以及固体表面的形状、大小等一系列因素有关。6/20/2025149动力工程－热工基础影响对流换热强度的主要因素1、流动发生的原因（自由流动受迫流动）自由流动受迫流动密度不同泵与风机2、流体的流动状况（层流紊流）用雷诺数Re来判定

Re<2300

层流

Re>1104

紊流层流紊流受迫流动换热强度大于自由流动紊流(湍流)换热强度大于层流6/20/2025150动力工程－热工基础3、流体的物理性质密度粘度导热系数定压比热4、换热表面的形状、大小和布置膜式肋片鳍片错列顺列5、流体集态的变化凝结、沸腾凝结换热或沸腾换热大于非相变的对流6/20/2025151动力工程－热工基础对流换热情况

W/(m2•℃)空气自由流动5~50空气管内受迫流动25~500水作自由流动100~500水作受迫流动250~15000水发生沸腾