工程熱力學(xué)WORD版蒸汽動(dòng)力循環(huán)

1、第11章 蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、教案設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo): 使學(xué)生熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循環(huán)的組成、熱效率計(jì)算及提高熱效率的方法和途徑。知 識(shí) 點(diǎn)：朗肯循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循環(huán)的組成、熱效率計(jì)算及提高熱效率的方法和途徑重 點(diǎn)：分析朗肯循環(huán)的分析方法，提高循環(huán)循環(huán)效率的方法和途徑。難 點(diǎn)：回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循環(huán)；提裝置循環(huán)效率的方法和途徑。教學(xué)方式：講授+多媒體演示+課堂討論師生互動(dòng)設(shè)計(jì)：提問+啟發(fā)+討論J 問：自己觀察過身邊的熱力系統(tǒng)的狀態(tài)變化嗎？J 問：你以前知道熱力系統(tǒng)的狀態(tài)變化往往伴隨著系統(tǒng)與外界間能量的交換嗎？J 問：你知道溫度計(jì)什么原理嗎？溫度計(jì)測(cè)溫

2、的理論依據(jù)你思考過嗎？J 問：用過壓力計(jì)嗎？氧氣瓶上壓力表讀數(shù)是瓶中的真實(shí)壓力嗎？J 問：能舉出幾個(gè)具體的強(qiáng)度量、廣延量？熱力過程、熱力循環(huán)？J 問：爆炸過程能認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程嗎？J 問：你能說出過程量與狀態(tài)量的區(qū)別嗎？請(qǐng)具體舉例。J 問：你遇到的哪些現(xiàn)象屬于不可逆現(xiàn)象？學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)+2討論二、基本知識(shí)熱機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備叫做熱力原動(dòng)機(jī)。熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動(dòng)力循環(huán)。動(dòng)力循環(huán)：可分蒸汽動(dòng)力循環(huán)和氣動(dòng)力循環(huán)兩大類。第一節(jié) 蒸汽動(dòng)力基本循環(huán)一朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)是最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力理想循環(huán)，熱力發(fā)電廠的各種較復(fù)雜的蒸汽動(dòng)力循環(huán)都是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上予以改進(jìn)而得到的。一、裝置與流程蒸汽動(dòng)力裝置

3、：鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器和給水泵等四部分主要設(shè)備。工作原理：p-v、T-s和h-s。朗肯循環(huán)可理想化為：兩個(gè)定壓過程和兩個(gè)定熵過程。3-4-5-1水在蒸汽鍋爐中定壓加熱變?yōu)檫^熱水蒸氣，1-2過熱水蒸氣在汽輪機(jī)內(nèi)定煽膨脹，2-3濕蒸氣在凝汽器內(nèi)定壓(也定溫)冷卻凝結(jié)放熱，3-3凝結(jié)水在水泵中的定情壓縮。二、朗肯循環(huán)的能量分析及熱效率取汽輪機(jī)為控制體，建立能量方程:三、提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑依據(jù)：卡諾循環(huán)熱效率1 提高平均吸熱溫度 直接方法式提高蒸汽壓力和溫度。2 降低排氣溫度. 例1：某朗肯循環(huán)的蒸汽參數(shù)取為=550，=30bar，=0.05bar。試計(jì)算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽輪機(jī)

4、作功量, 3) 汽輪機(jī)出口蒸汽干度, 4) 循環(huán)凈功， 5) 循環(huán)熱效率。解：根據(jù)蒸汽表或圖查得1、2、3、4各狀態(tài)點(diǎn)的焓、熵值：=3568.6KJ/kg =7.3752kJ/kgK=2236kJ/kg =7.3752kJ/kgK=137.8kJ /kg =0.4762kJ/kgK=140.9kJ/kg則 1) 水泵所消耗的功量為=140.9-137.78=3.1kJ/kg2) 汽輪機(jī)作功量=3568.6-2236=1332.6kJ/kg3) 汽輪機(jī)出口蒸汽干度=0.05bar時(shí)的=0.4762kJ/kgK =8.3952kJ/kgK.則 0.87或查h-s圖可得 =0.87.4) 循環(huán)凈功

5、=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg5) 循環(huán)熱效率 =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg故 =0.39=39%（i）p3a=6.867bar，t3a=490 水泵的功 =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg wnet=923.57-0.846=922.72kJ/kg(ii) p3b=58.86 bar，t3b=490 水泵的功 =0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg wnet=1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg 第二節(jié) 回?zé)嵫h(huán)與再熱循環(huán)目的：提高等效卡諾循環(huán)的平均吸熱溫度一、回

6、熱循環(huán)抽氣回?zé)嵫h(huán)：用分級(jí)抽汽來加熱給水的實(shí)際回?zé)嵫h(huán)。設(shè)有1kg過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹作功。當(dāng)壓力降低至?xí)r，由汽輪機(jī)內(nèi)抽取1kg蒸汽送入一號(hào)回?zé)崞?，其余?1-1) kg蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)繼續(xù)膨脹，到壓力降至?xí)r再抽出2kg蒸汽送入二號(hào)回?zé)崞?，汽輪機(jī)內(nèi)剩余的(1-1-2) kg蒸汽則繼續(xù)膨脹，直到壓力降至?xí)r進(jìn)入凝汽器。凝結(jié)水離開凝汽器后，依次通過二號(hào)、一號(hào)回?zé)崞?，在回?zé)崞鲀?nèi)先后與兩次抽汽混合加熱，每次加熱終了水溫可達(dá)到相應(yīng)抽汽壓力下的飽和溫度。注意：電廠都采用表面式回?zé)崞?即蒸汽不與凝結(jié)水相混合),其抽汽回?zé)岬淖饔孟嗤?。二、再熱循環(huán)再熱的目的：克服汽輪機(jī)尾部蒸汽濕度太大造成的危害。再熱循環(huán)：將汽輪

7、機(jī)高壓段中膨脹到一定壓力的蒸汽重新引到鍋爐的中間加熱器(稱為再熱器)加熱升溫， 然后再送入汽輪機(jī)使之繼續(xù)膨脹作功。例2：某蒸汽動(dòng)力循環(huán)。汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)為p1=13.5bar，t1=370,汽輪機(jī)出口蒸汽參數(shù)為p2=0.08bar的干飽和蒸汽，設(shè)環(huán)境溫度t0=20,試求：（1）汽輪機(jī)的實(shí)際功量、理想功量、相對(duì)內(nèi)效率；（2）汽輪機(jī)的最大有用功量、熵效率；（3）汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率和熵效率的比較。解：先將所研究的循環(huán)表示在h-s圖（圖10.3）上，然后根據(jù)已知參數(shù)在水蒸氣圖表上查出有關(guān)參數(shù)：h1=3194.7kJ/kg s1=7.2244kJ/(kg·K) kJ/kg kJ/(kg

8、83;K) kJ/kg kJ/(kg·K) (1)汽輪機(jī)的實(shí)際功量：w12=h1-h2=3194.7-2577.1=617.6 kJ/kg汽輪機(jī)的理想功量： kJ/kg汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 （2）汽輪機(jī)的最大有用功和熵效率汽輪機(jī)的最大有用功汽輪機(jī)的熵效率：（3）汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率和熵效率的比較計(jì)算結(jié)果表明，汽輪機(jī)的對(duì)內(nèi)效率小于熵效率。因?yàn)檫@兩個(gè)效率沒有直接聯(lián)系，它們表明汽輪機(jī)完善性的依據(jù)是不同的。汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是衡量汽輪機(jī)在給定環(huán)境中，工質(zhì)從狀態(tài)可逆絕熱地過渡到狀態(tài)2所完成的最大有用功量（即兩狀態(tài)熵的差值）利用的程度，即實(shí)際作功量與最大有用功量的比值。注意：汽輪機(jī)內(nèi)工質(zhì)實(shí)現(xiàn)的不可逆過程1-2，可由定熵過程1-2和可逆的定壓定溫加熱過程2-2兩個(gè)過程來實(shí)現(xiàn)。定熵過程1-2的作功量為kJ/kg在可逆的定壓定溫加熱過程2-2中，使x2=0.8684的濕蒸汽經(jīng)加熱變?yōu)橄嗤瑝毫ο碌母娠柡驼羝?，其所需熱量為q2=h2-h2。因?yàn)榧訜徇^程是可逆的，故可以想象用一可逆熱泵從環(huán)境（T0=293K）向干飽和蒸汽（T2=314.7K）放熱。熱泵消耗的功量為w22=q2-T0kJ/kg。故1-2過程的最大有用功為kJ/kg與前面計(jì)算結(jié)果相同。顯見，與的差別為而 第三節(jié) 熱電循環(huán)一、 背壓式熱電循環(huán)優(yōu)點(diǎn)：熱能利用率高