第九章動力循環(huán)

第九章動力循環(huán)第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點(diǎn)工質(zhì)：氨、氟里昂太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電動力循環(huán)：以獲得功為目的第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月朗肯循環(huán)的提出與卡諾循環(huán)sT64211098753

卡諾最大；

等溫吸熱4’1難實(shí)現(xiàn)11點(diǎn)x太小,不利于汽機(jī)強(qiáng)度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

由于溫差小，所以效率不會很高，且乏汽干度過小，

卡諾<

朗肯；went卡諾<wnet朗肯1112在溫限1234’對比5678對比9-10-11-12第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

四個主要裝置：

鍋爐

汽輪機(jī)

凝汽器

給水泵§10-1

BasicPowerCycleusingWaterVapor-

RankineCycle

基本蒸汽動力循環(huán)---朗肯循環(huán)1.水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)

鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：1

2汽輪機(jī)s膨脹2

3凝汽器p放熱3

4給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月RANKINECYCLE

第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月RANKINECYCLE

1

2Saturatedorsuperheatedsteamenterstheturbineatstate1,whereitexpandsisentropicallytotheexitpressureatstate2.2

3Thesteamisthencondensedatconstantpressureandtemperaturetoasaturatedliquid,state3.Theheatremovedfromthesteaminthecondenseristypicallytransferredtothecoolingwater.3

4

Thesaturatedliquidthenflowsthroughthepumpwhichincreasesthepressuretotheboilerpressure(state4).4

1thewaterisfirstheatedtothesaturationtemperature,boiledandtypicallysuperheatedtostate1.Thenthewholecycleisrepeated.

第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1342pv(1)朗肯循環(huán)p-v圖1

2汽輪機(jī)s膨脹2

3凝汽器p放熱3

4給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4321Tshs1324(2)朗肯循環(huán)T-s和h-s圖1

2汽輪機(jī)s膨脹2

3凝汽器p放熱3

4給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月hs13242.朗肯循環(huán)功和熱的計(jì)算

汽輪機(jī)作功：凝汽器中的定壓放熱量：水泵絕熱壓縮耗功：鍋爐中的定壓吸熱量：第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月hs1324朗肯循環(huán)熱效率的計(jì)算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753

卡諾最大；

等溫吸熱4’1難實(shí)現(xiàn)11點(diǎn)x太小,不利于汽機(jī)強(qiáng)度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

由于溫差小，所以效率不會很高，且乏汽干度過小，

卡諾<

朗肯；went卡諾<wnet朗肯1112在溫限1234’對比5678對比9-10-11-12第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sp1t1p26543213.如何提高朗肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecycle第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sT654321A.蒸汽初壓對朗肯循環(huán)熱效率的影響t1,p2不變，p1優(yōu)點(diǎn)：

，汽輪機(jī)出口尺寸小缺點(diǎn)：

對強(qiáng)度要求高

不利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sT654321B.蒸汽初溫對朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：

，有利于汽機(jī)安全。缺點(diǎn)：

對耐熱及強(qiáng)度要求高，目前初溫一般在550℃左右汽機(jī)出口尺寸大p1,p2不變，t1第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sT654321C.乏汽壓力對朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組p2為0.0035~0.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為27~33℃，已接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高p1,t1不變，p2第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月§10-2蒸汽回?zé)嵫h(huán)與再熱循環(huán)(regenerative

cycleandreheatcycle)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回?zé)崞鞒槠淠o水混合式回?zé)崞鞒槠交責(zé)酕eedwaterheaterOpenFeedwaterheaterClosedFeedwaterheater1.蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative)第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg由于T-s圖上各點(diǎn)質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計(jì)算(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg以混合式回?zé)崞鳛槔裏嵋宦珊雎员霉Φ?9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的計(jì)算(1-

)kg

kg65as43211kgT吸熱量：放熱量：凈功：熱效率：第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣撸?1-

)kg

kg65as43211kgT教材P.256推導(dǎo)簡單朗肯循環(huán)：

物理意義：

kg工質(zhì)100%利用1-

kg工質(zhì)效率未變第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié):蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為1～3級中大型火力發(fā)電廠一般為4～8級。優(yōu)點(diǎn)

提高熱效率減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級葉片變短減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面可兼作除氧器缺點(diǎn)

循環(huán)比功減小，汽耗率增加增加設(shè)備復(fù)雜性回?zé)崞魍顿Y>缺點(diǎn)第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Ts65431b2.蒸汽再熱循環(huán)(reheatcycle)Whensteamleavestheturbine,itistypicallywet.Thepresenseofwatercauseserosionoftheturbineblades.Topreventthis,steamisextractedfromhighpressureturbine(state2),andthenitisreheatedintheboiler(state2')andsentbacktothelowpressureturbine.

第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關(guān)

x2降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐

再熱壓力

pb=pa

0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機(jī)組，10、12.5、20、30萬機(jī)組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機(jī)組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的定量計(jì)算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月§10-3熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(lián)(產(chǎn))供。背壓式機(jī)組(背壓>0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力循環(huán)的水？Cogeneration背壓式缺點(diǎn)：

熱電互相影響

供熱參數(shù)單一第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)

抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán),可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例，以滿足不同用戶的需要。第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)只采用熱效率顯然不夠全面

能量利用系數(shù)，但未考慮熱和電的品位不同

Ex經(jīng)濟(jì)學(xué)評價(jià)

熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保Utilizationfactor第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1、熟悉朗肯循環(huán)圖示與計(jì)算2、朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)3、蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響4、再熱、回?zé)嵩砑坝?jì)算

小結(jié)Summary第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.TheOttoCycle(奧托循環(huán)）

(1).Actualcycle(實(shí)際循環(huán))

TheOttocycleisanidealizationofasetofprocessesusedbysparkignitioninternalcombustionengines(2-strokeor4-strokecycles).

§10-4Internalcombustionengines

(內(nèi)燃機(jī))第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月0

1‘:吸入空氣;1'

2:壓縮過程;2

3:噴油燃燒過程;34:噴油燃燒過程;4

5:膨脹過程;5

1'':排氣過程;1''

0:排出剩余的廢氣

第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Otto循環(huán)a)ingestamixtureoffuelandair,b)compressit,c)causeittoreact,thuseffectivelyaddingheatthroughconvertingchemicalenergyintothermalenergy,d)expandthecombustionproducts,andthene)ejectthecombustionproductsandreplacethemwithanewchargeoffuelandair.

第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)Otto循環(huán)的簡化_Wemodelallofthesehappeningsbyathermodynamiccycleconsistingofasetofprocessesallactingonafixedmassofaircontainedinapiston-cylinderarrangement.Theexhaustandintakeprocessesarereplacedbyconstant-volumecooling.）

第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

1'

2:壓縮過程;2

3:噴油燃燒過程;4

5:膨脹過程;5

1'':排氣過程;

第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1’-2Compressmixturequasi-staticallyandadiabatically2-3Igniteandburnmixtureatconstantvolume(heatisadded)3(4)-5Expandmixturequasi-staticallyandadiabatically5-1’’CoolmixtureatconstantvolumeRepresentationofthethermodynamiccycle.第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)ThermalEfficiencyofOttoCycle(奧托循環(huán)的熱效率)提高循環(huán)的壓縮比提高循環(huán)的最高溫度

第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.TheDieselCycle(狄塞爾循環(huán))

ThedieselinternalcombustionenginediffersfromthegasolinepoweredOttocyclebyusingahighercompressionofthefueltoignitethefuelratherthanusingasparkplug("compressionignition"ratherthan"sparkignition")第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月ThermalEfficiencyofDiselCycle狄塞爾循環(huán)的熱效率：

提高循環(huán)的壓縮比降低循環(huán)的預(yù)脹比提高循環(huán)的最高溫度第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.TheDualCycle(混合加熱循環(huán))第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

其中,1-2是定熵壓縮過程,2-3是可逆定容加熱過程,3-4是可逆定壓加熱過程,4-5是定熵膨脹過程,5-1是可逆定容放熱過程.第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個定義：

壓縮比:定容升壓比:

定壓預(yù)脹比::

混合加熱循環(huán)的熱效率:

第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月提高熱效率方法：提高循環(huán)的壓縮比降低循環(huán)的預(yù)脹比