第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)

1、第七章第七章 水蒸氣的性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)水蒸氣的性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 第第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣是實際氣體的代表 水蒸氣水蒸氣 在空氣中含量極小，當作理想氣體在空氣中含量極小，當作理想氣體 一般情況下，為實際氣體，使用圖表一般情況下，為實際氣體，使用圖表 18世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì) 直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì)直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì) 目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì) 優(yōu)點優(yōu)點: 便宜，易得，無毒，便宜，易得，無毒， 膨脹性能好，傳熱性能好膨脹性

2、能好，傳熱性能好 是其它實際氣體的代表是其它實際氣體的代表 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 1. 水蒸汽的飽和狀態(tài)水蒸汽的飽和狀態(tài) 3. 水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 4. 水蒸氣熱力過程水蒸氣熱力過程 2. 水蒸氣的產(chǎn)生過程水蒸氣的產(chǎn)生過程 水蒸氣水蒸氣蒸氣蒸氣蒸汽蒸汽 7-1 7-1 水蒸氣的飽和狀態(tài)水蒸氣的飽和狀態(tài) 飽和狀態(tài)：在一定溫度下，飽和狀態(tài)：在一定溫度下， 水蒸氣壓力穩(wěn)定在某一值，水蒸氣壓力穩(wěn)定在某一值， 水蒸氣和水處于動態(tài)平衡狀水蒸氣和水處于動態(tài)平衡狀 態(tài)，即飽和狀態(tài)態(tài)，即飽和狀態(tài) 幾個名詞幾個名詞 飽和水：處于飽和狀態(tài)的水；飽和水：處于飽和狀態(tài)的水； 飽和蒸汽：飽和

3、狀態(tài)下的水蒸氣飽和蒸汽：飽和狀態(tài)下的水蒸氣 飽和壓力：飽和蒸汽的壓力飽和壓力：飽和蒸汽的壓力,ps 飽和溫度：飽和蒸汽的溫度飽和溫度：飽和蒸汽的溫度,Ts 飽和壓力和飽和溫度是對應(yīng)的，飽和壓力和飽和溫度是對應(yīng)的，p-T圖圖 純物質(zhì)的純物質(zhì)的p p- -T T相圖相圖 p p TT 液液 液液 氣氣 氣氣 固固 固固 水水一般物質(zhì)一般物質(zhì) 三相點三相點 三相點三相點 臨界點臨界點臨界點臨界點 流體流體流體流體 結(jié)束 7-1 7-1 水蒸氣的飽和狀態(tài)水蒸氣的飽和狀態(tài) 沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化 ( (氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)

4、) 飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡 汽化汽化: 由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程 (不涉及化學(xué)變化不涉及化學(xué)變化) 蒸發(fā)：汽液表面上的汽化蒸發(fā)：汽液表面上的汽化 7-1 7-1 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài) 飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡 飽和溫度飽和溫度Ts 飽和壓力飽和壓力ps 一一對應(yīng)一一對應(yīng) Ts ps ps=1.01325bar Ts=100 青藏青藏ps=0.6bar Ts=85.95 高壓鍋高壓鍋ps=1.6barTs=113.32 臨界點臨界點 臨界點臨界點 純物質(zhì)的純物質(zhì)的p p- -T T相圖相圖 p p TT

5、 液液 液液 氣氣 氣氣 固固 固固 水水一般物質(zhì)一般物質(zhì) 三相點三相點 三相點三相點 升華線升華線升華線升華線 凝固線凝固線 凝固線凝固線 汽化線汽化線汽化線汽化線 水的臨界點水的臨界點 水的臨界參數(shù)：水的臨界參數(shù)： 臨界溫度臨界溫度Tc：超過它，液態(tài)不存在；：超過它，液態(tài)不存在； 99.373/14.647KTc MPapc064.22 kgmvc/003106. 0 3 水的水的三相點三相點 當壓力低于某值時液相不存在，只有氣當壓力低于某值時液相不存在，只有氣= 固相，該點壓力為三相點壓力，固相，該點壓力為三相點壓力，pA，與此，與此 對應(yīng)的飽和溫度為三相溫度對應(yīng)的飽和溫度為三相溫度TA

6、。 01. 0/16.273KTA MPapc000611659. 0 思考題思考題 沒有。沒有。t373.99 有有 2. 有沒有有沒有500C的水的水？ 1. 北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相 3. 有沒有有沒有-3 純物質(zhì)的純物質(zhì)的p-T相圖相圖 的蒸汽的蒸汽？ 4. 一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其 加熱，是否一定能變成蒸汽？加熱，是否一定能變成蒸汽？ 7-2 7-2 水蒸氣的定壓發(fā)生過程水蒸氣的定壓發(fā)生過程 t ts v vv = vv = vv v v 未飽和水未飽和水 飽和水飽和水 飽和濕蒸氣飽和濕蒸氣

7、飽和干蒸氣飽和干蒸氣 過熱蒸氣過熱蒸氣 h hh = hh = hh h h s ss = ss = ss s s 水預(yù)熱水預(yù)熱汽化汽化過熱過熱 a b c d e 水蒸氣定壓發(fā)生過程說明水蒸氣定壓發(fā)生過程說明 (1) () QUWUpdV Up VUpVH (2) fg 0SSS 只有熵加熱時永遠增加只有熵加熱時永遠增加 (3) 理想氣體理想氣體( )hf T 實際氣體汽化時，實際氣體汽化時，TTs不變，但不變，但h增加增加 hh汽化潛熱汽化潛熱 (4) 未飽和水未飽和水 過冷度過冷度 s ttt 過冷 過冷水過冷水 過熱蒸汽過熱蒸汽 過熱度過熱度 s ttt 過熱 水的定壓預(yù)熱過程水的定壓

8、預(yù)熱過程 液體熱：液體熱：1kg、0的水加熱到該壓力下的水加熱到該壓力下 的飽和溫度所需的熱。的飽和溫度所需的熱。 dtcq s t p 0 T s 0 a b 273.15K Ts q s 0 hh 水的液體熱隨壓力水的液體熱隨壓力 的提高而增大的提高而增大 q p 0 c pc 壓力為p 時飽和 水的焓 壓力為p溫度為0 時水的焓 飽和水的定壓汽化過程飽和水的定壓汽化過程 汽化潛熱：使汽化潛熱：使1kg水在一定壓力下完全變水在一定壓力下完全變 為相同溫度下的飽和水蒸汽所需的熱。為相同溫度下的飽和水蒸汽所需的熱。 T s 0 a b 273.15K Ts q s c d s r )( ssT

9、r s hh 水的汽化潛熱隨壓水的汽化潛熱隨壓 力的提高而減小力的提高而減小 q p 0 pc )( pfr 思考題思考題 教材教材P169： 2. 2 2個名詞個名詞 濕蒸汽：飽和水和飽和水蒸汽的混合物。 干度：濕蒸汽中飽和水干度：濕蒸汽中飽和水 蒸汽的質(zhì)量分數(shù)，蒸汽的質(zhì)量分數(shù)，x。 濕度：濕蒸汽中飽和水濕度：濕蒸汽中飽和水 的質(zhì)量分數(shù)，的質(zhì)量分數(shù)，y。 wv v mm m x wv w mm m y 飽和水蒸汽 的質(zhì)量 飽和水的飽和水的 質(zhì)量質(zhì)量 濕蒸汽的質(zhì)量濕蒸汽的質(zhì)量 1 yx 水蒸氣的定壓過熱過程水蒸氣的定壓過熱過程 過熱熱量：過熱熱量：1kg飽和水蒸氣在定壓下加熱飽和水蒸氣在定壓下

10、加熱 為溫度為為溫度為t的過熱水蒸氣所需的熱。的過熱水蒸氣所需的熱。 T s 0 a b 273.15K Ts q s c d s r e q t t p s dtcq )( s t t p ttc s D，過熱度，過熱度 hh 壓力為壓力為p溫溫 度為度為t 過熱過熱 水蒸氣的焓水蒸氣的焓 壓力為壓力為p溫溫 度飽和水蒸度飽和水蒸 氣的焓氣的焓 水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表 狀態(tài)公理：狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量 未飽和水及過熱蒸氣，一般已知未飽和水及過熱蒸氣，一般已知p、T即可即可 飽和水和干飽和蒸氣，只需確定飽和水和干飽和蒸氣

11、，只需確定p或或T 濕飽和蒸氣，濕飽和蒸氣， p和和T不獨立，汽液兩相不獨立，汽液兩相 1875年，吉布斯提出了吉布斯相律年，吉布斯提出了吉布斯相律 J.W. 吉布斯吉布斯 Josiah Willard Gibbs (18391903) 美國美國 吉布斯函數(shù)吉布斯函數(shù) 吉布斯相律吉布斯相律 吉布斯佯謬吉布斯佯謬 吉布斯相律吉布斯相律 無化學(xué)反應(yīng)時，熱力系獨立參數(shù)數(shù)目為無化學(xué)反應(yīng)時，熱力系獨立參數(shù)數(shù)目為 2Kf 獨立強度參數(shù)數(shù)獨立強度參數(shù)數(shù) 組元數(shù)組元數(shù)相數(shù)相數(shù) 對于水對于水1K 單元系單元系 單相單相1f 2 2個（個（ p和和T） 兩相兩相2f 1 1個（個（ p或或T） 三相三相 3f 0

12、0個（個（ p和和T定值）定值） 四相四相 4f 0不可能不可能 水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則確定的原則 1、未飽和水及過熱蒸氣、未飽和水及過熱蒸氣 確定任意兩個獨立參數(shù)，如：確定任意兩個獨立參數(shù)，如：p、T 2、飽和水和干飽和蒸氣、飽和水和干飽和蒸氣 確定確定p或或T 3、濕飽和蒸氣、濕飽和蒸氣 除除p或或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān) 兩相比例由兩相比例由干度干度x確定確定 定義定義 干飽和蒸氣干飽和蒸氣飽和水飽和水 對干度對干度x的說明：的說明： x = 0 飽和水飽和水x = 1 干飽和蒸氣干飽和蒸氣 0 x 1 在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，在過冷

13、水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義無意義 wv v mm m x 濕飽和蒸汽質(zhì)量 干飽和蒸汽質(zhì)量 濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定的確定 如果有如果有1kg濕蒸氣，干度為濕蒸氣，干度為x, 即有即有xkg 飽和蒸汽，飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。飽和水。 )1 ( )1 ( )1 ( sxxss vxxvv hxxhh 已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度x h ,v ,s YxYxY )1 ( YY YY x h, v, ssvh ,svh, 水和水蒸氣表水和水蒸氣表 兩類水及水蒸氣表兩類水及水蒸氣表 2、未飽和水和過熱蒸汽表、未飽和水和過熱蒸汽表 1、飽和水和干飽和

14、蒸氣表、飽和水和干飽和蒸氣表 o / Ct KT / a MPp/kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs 01. 0 100 200 300 16.273000611. 0 00100022. 0 175.2060 .2501 000614. 0 0000. 01562. 9 15.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 7 15.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 6

15、15.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5 kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs o / Ct 982. 6 63.99 88.179 96.310 5 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 0 2 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 1 4 .20140011274. 06 .76219430. 00 .2777 8 .1315 a MPp/ 0

16、01. 0 1 . 0 0 . 1 100014526. 001800. 06 .14084 .2724 9756. 8 3608. 7 1382. 25847. 6 3616. 36143. 5 kgkJ r / 飽 和 參 數(shù) p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 001000

17、2. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。 但但 原則上不為原則上不為0， 對水：對水： pvuh 3 m 611.2 0.00100022 a pPv

18、kg 00006. 06 . 0 kg kJ kg J pvuh 表依據(jù)表依據(jù)1963年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)表的國年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)表的國 際骨架表編制，盡管際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委員會）（國際公式化委員會）1967和和 1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式，年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式， 但工程上還主要依靠圖表。但工程上還主要依靠圖表。 焓、內(nèi)能、熵零點的規(guī)定：焓、內(nèi)能、熵零點的規(guī)定： 0 s0u T16.273水的三相點水的三相點 查表舉例（查表舉例（1 1） 查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。 例

19、例.1 已知已知 ：p=1MPa,試確定試確定t=100, 200 各處于哪個狀態(tài)各處于哪個狀態(tài), 各自各自h是多少？是多少？ ts(p)=179.916 t=100 ts, 過熱蒸汽過熱蒸汽h=2827.3kJ/kg 第第2222次課結(jié)束次課結(jié)束 查表舉例（查表舉例（2 2） 已知已知 t=250, 5kg 蒸氣占有蒸氣占有0.2m3容積容積, 試問蒸試問蒸 氣所處狀態(tài)氣所處狀態(tài)? h=? 30.2 m 0.04 kg 5 v t=250 , vvv濕蒸汽狀態(tài)濕蒸汽狀態(tài) kgmv/00125145. 0 3 kgmv/050112. 0 3 00125145. 0050112. 0 0012

20、5145. 004. 0 vv vv x 793. 0 查表舉例（查表舉例（2 2） 已知已知 t=250, 5kg 蒸氣占有蒸氣占有0.2m3容積容積, 試問蒸試問蒸 氣所處狀態(tài)氣所處狀態(tài)? h=? t=250 , 濕蒸汽狀態(tài)濕蒸汽狀態(tài) 793. 0 x kgkJhkgkJh/66.2800,/3 .1085 kgkJhxhxh/58.2445)1 ( 查表舉例（查表舉例（3 3） 已知已知 t=85, p=0.015MPa , 試確定狀態(tài)試確定狀態(tài)? h=? ts=53.9705 , 過熱狀態(tài)過熱狀態(tài) 80 9080 8580 9080 hh hh p=0.015MPa 內(nèi)插法內(nèi)插法 p=

21、0.01MPa t=85 kJ 2658.8 kg h 80 9080 8580 9080 hh hh p=0.02MPa t=85 kJ 2657.4 kg h 0.01 0.020.01 0.0150.01 0.020.01 hh hh p=0.015MPa t=85 kJ 2658.1 kg h 飽 和 參 數(shù) p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010

22、172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 水蒸氣的定壓發(fā)生過程水蒸氣的定壓發(fā)生過程 t ts v vv = vv = vv v v 未

23、飽和水未飽和水 飽和水飽和水 飽和濕蒸氣飽和濕蒸氣 飽和干蒸氣飽和干蒸氣 過熱蒸氣過熱蒸氣 s ss = ss = ss s s 水預(yù)熱水預(yù)熱汽化汽化過熱過熱 a b c d e c p c T c T A B C A C B c TT c TT c pp c pp 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 1 c 1 a 1 b 1 d 1 e1 c 1 a 1 b 1 d 1 e T s p-v圖，圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程圖上的水蒸氣定壓加熱過程 p v c p

24、一點，二線，三區(qū)，五態(tài)一點，二線，三區(qū)，五態(tài) 等壓線上飽和態(tài)參數(shù)等壓線上飽和態(tài)參數(shù) pts v (bar) vss kJ/(kg.K) 0.0061120.01 0.00100022 206.175 0.09.1562 1.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.3608 5.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.8215 50.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712 221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429 (bar)() bdb d 定壓加熱線與飽和液線相近的說明定

25、壓加熱線與飽和液線相近的說明 當忽略液體當忽略液體cp變化，變化， 2 1 ln0 qT sc TT ( , )uf T v 0qdupdv 不同的不同的p，液體近似不可壓，液體近似不可壓，v不變不變 對每個對每個不變的不變的T 蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán) 鍋鍋 爐爐 汽輪機汽輪機 發(fā)電機發(fā)電機 給水泵給水泵 凝凝 汽汽 器器 過熱器過熱器 定壓過程定壓過程 等熵過程等熵過程 t qhwh t wh 0s （上界線）、飽和液線（下（上界線）、飽和液線（下 qTdsdhvdp p 0 h T s C C p 0 h T s C點為分界點，不在極值點上點為分界點，不在極值點上 氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠，

26、越接近于理想氣體氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠，越接近于理想氣體 兩相區(qū)：兩相區(qū)：T、p一一對應(yīng)，一一對應(yīng)，T 線即線即 p 線線 在在x=0, x=1之間，從之間，從C點出發(fā)的等分線點出發(fā)的等分線 同理想氣體一樣，同理想氣體一樣， v 線比線比 p 線陡線陡 4、定溫線、定溫線 T 5、等容線、等容線 v 6、等干度線、等干度線x 7-4 水蒸氣的熱力過程水蒸氣的熱力過程 任務(wù)：任務(wù)： 確定初終態(tài)參數(shù)，確定初終態(tài)參數(shù)， 計算過程中的功和熱計算過程中的功和熱 在在p-v、T-s、h-s圖上表示圖上表示 熱力過程：熱力過程： p s T v 注意理想氣體過程的區(qū)別注意理想氣體過程的區(qū)別 第一定律與第二定律

27、表達式均成立第一定律與第二定律表達式均成立 理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用 t qdhw qduw 準靜態(tài)準靜態(tài) wpdv t wvdp 可逆可逆 qTds iso 0ds pvRT ( )uf T ( )hf T 22 p 11 lnln Tp scR Tp pv ccR p 1 k cR k v 1 1 cR k 水蒸氣的定壓過程水蒸氣的定壓過程 q = h wt = 0 3 4 2 p v 1 qhvdp 例：例：鍋爐中，水從鍋爐中，水從30 ， 4MPa, 定壓加熱到定壓加熱到450 q = h2-h1 ts(4MPa)=250.33 鍋爐、換熱器鍋爐

28、、換熱器 水蒸氣的定壓過程水蒸氣的定壓過程 例：例：水從水從30 ，4MPa, 定壓加熱到定壓加熱到450 q = h2-h1 2 T s h s 2 h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg h2 h1 1 3 4 1 4 3 =3201.4kJ/kg 水蒸氣的絕熱過程水蒸氣的絕熱過程 p1 2 p v p2不可逆過程：不可逆過程： 汽輪機、水泵汽輪機、水泵 1 2 可逆過程：可逆過程： s 1 2 1 2 q = 0 t12 whhh 水蒸氣的絕熱過程水蒸氣的絕熱過程 汽輪機、水泵汽輪機、水泵 q = 0 t12 whh 2 1 2 T s 不可逆過程：不可逆過

29、程： 可逆過程：可逆過程： s t12 whh p1 p2 水蒸氣的絕熱過程水蒸氣的絕熱過程 汽輪機、水泵汽輪機、水泵q = 0 t12 whh h s 不可逆過程不可逆過程 可逆過程：可逆過程： s t12 whh p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 透平內(nèi)效率透平內(nèi)效率 12 oi 12 hh hh 結(jié)束 水蒸氣的絕熱過程舉例水蒸氣的絕熱過程舉例 h s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 例：汽輪機例：汽輪機 1 4MPap o 1 450 Ct 2 0.005MPap 0.9 oi 求：求： t w 2 h 2 x 1 3330.7kJ/kgh 1 6.9379kJ/kg.

30、Ks 解：由解：由 t1、p1查表查表 21 ss 水蒸氣的絕熱過程舉例水蒸氣的絕熱過程舉例 h s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 4MPa o 450 C 0.005MPa 求：求： t w 2 h 2 x 21 6.9379kJ/kg.Kss 由由 p2查表查表 2 137.77kJ/kgh 2 2561.2kJ/kgh 2 0.4762kJ/kg.Ks 2 8.3952kJ/kg.Ks 22 2 22 0.8160 ss x ss 水蒸氣的絕熱過程舉例水蒸氣的絕熱過程舉例 h s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 4MPa o 450 C 0.005MPa 求：求：

31、t w 2 h 2 x 22222 12115.3kJ/kghx hxh 2 0.8160 x 12 12 t oi t whh hhw 12 1093.9kJ/kg toi whh 21 2236.8kJ/kg t hhw 22 2 22 0.866 hh x hh 水蒸氣的定溫過程水蒸氣的定溫過程 p v 實際設(shè)備中很少見實際設(shè)備中很少見 T C Tc T 遠離飽和遠離飽和 線，接近線，接近 于理想氣于理想氣 體體 四個主要裝置：四個主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機汽輪機 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵 7-5 朗肯朗肯(Rankine)循環(huán)循環(huán) 水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋 爐爐

32、汽輪機汽輪機 發(fā)電機發(fā)電機 給水泵給水泵 凝汽器凝汽器 凝汽器和冷卻塔系統(tǒng)圖凝汽器和冷卻塔系統(tǒng)圖 第第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 冷卻塔實體圖冷卻塔實體圖 第第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 元寶山火電廠元寶山火電廠 第第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 大型坑口電站大型坑口電站( (陜西韓城電廠陜西韓城電廠) ) 第第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 德國德國1.35MW1.35MW核電站核電站 第第7章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán) 首臺國產(chǎn)首臺國產(chǎn)2020萬千瓦機組萬千瓦機

33、組( (遼寧朝陽電廠遼寧朝陽電廠) ) 水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化 鍋鍋 爐爐 汽輪機汽輪機 發(fā)電機發(fā)電機 給水泵給水泵 凝汽器凝汽器 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 1 2 3 0 簡化（理想化）：簡化（理想化）： 12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹 23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 30 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮 01 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 1 3 0 2 p v 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)pvpv圖圖 12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹 23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 30 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮 01 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 0 32 1 T s h s 1 3 20 朗肯循環(huán)朗肯

34、循環(huán)TsTs和和hshs圖圖 12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 30 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮01 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 h s 1 3 20 朗肯循環(huán)功和熱的朗肯循環(huán)功和熱的計算計算 汽輪機作功：汽輪機作功： 2121 , hhws 凝汽器中的定壓放熱量：凝汽器中的定壓放熱量： 322 hhq 水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功： 鍋爐中的定壓吸熱量：鍋爐中的定壓吸熱量： 3003 , hhws 011 hhq 1 03 ,21 , 1 q ww q w ss net t h s 1 3 20 朗肯循環(huán)熱效率的朗肯循環(huán)熱效率的計算計算 一般很小，占一般很小

35、，占 0.81%，忽略，忽略 泵功泵功 01 3021 )()( hh hhhh 01 21 hh hh t 第第2323次課結(jié)束次課結(jié)束 作業(yè)作業(yè):P169 7-2，7-7/7-8選選1 工程上常用汽耗率工程上常用汽耗率, 反映裝置經(jīng)濟性，設(shè)備尺寸反映裝置經(jīng)濟性，設(shè)備尺寸 汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kg net 3600 d w 汽耗率的概念汽耗率的概念 net w 的單位是的單位是kJ/kg 1kW=1 kJ/s 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較與卡諾循環(huán)比較 s T 6 4 2 1 4 109 87 5 3 q2相同

36、；相同； q1卡諾 卡諾 q1朗肯朗肯 卡諾 卡諾 朗肯朗肯； ； 等溫等溫 吸熱吸熱41難實現(xiàn)難實現(xiàn) 11點點x太小太小,不利于不利于 汽機強度；汽機強度； 12-9兩兩 相區(qū)難壓縮；相區(qū)難壓縮； wnet 卡諾 卡諾小 小 卡諾 卡諾 朗肯朗肯； ； wnet 卡諾 卡諾 wnet 朗肯朗肯 1112 對比同溫限對比同溫限1234 對比對比5678 對比對比9-10-11-12 思考題思考題 教材教材P169 4. 各氣體動力循環(huán)和蒸汽動力循環(huán)各氣體動力循環(huán)和蒸汽動力循環(huán),經(jīng)理想化后可按經(jīng)理想化后可按 可逆循環(huán)計算可逆循環(huán)計算,但循環(huán)理論熱效率即使在溫度范圍相同但循環(huán)理論熱效率即使在溫度范

37、圍相同 的條件下也并不相等的條件下也并不相等,這和卡諾定理矛盾嗎這和卡諾定理矛盾嗎? 卡諾定理卡諾定理:工作在兩個恒溫?zé)嵩撮g的可逆熱機不過采用工作在兩個恒溫?zé)嵩撮g的可逆熱機不過采用 什么工質(zhì)什么工質(zhì),其熱效率均為其熱效率均為1-T2/T1 理想可逆循環(huán)熱效率可用平均溫度表達理想可逆循環(huán)熱效率可用平均溫度表達: 1 2 1 T T t s p1, t1, p2 6 5 0 32 1 如何提高如何提高朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)的熱效率的熱效率 影 響 熱 效 率影 響 熱 效 率 的參數(shù)？的參數(shù)？ T 01 21 hh hh t s T 6 5 4 32 1 1 2 蒸汽初溫對蒸汽初溫對朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效

38、率的影響熱效率的影響 優(yōu)點：優(yōu)點： ，有利于汽機有利于汽機 安全。安全。 1 Tt 2 x 缺點：缺點： 對耐熱及強度要對耐熱及強度要 求高，目前最高求高，目前最高 初溫一般在初溫一般在550 左右左右 汽機出口汽機出口 尺寸大尺寸大 2 v p1 , p2不變不變，t1 s T 6 5 4 3 2 1 1 6 5 4 2 蒸汽初壓對蒸汽初壓對朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 t1 , p2不變不變，p1 優(yōu)點：優(yōu)點： ，汽輪機出口汽輪機出口 尺寸小尺寸小 1 Tt 2 v 缺點：缺點： 對強度要求高對強度要求高 不利于汽不利于汽 輪機安全。一般輪機安全。一般 要求出口干度大要求出口干

39、度大 于于0.85 0.88 2 x s T 6 5 4 3 2 1 2 乏汽壓力乏汽壓力對對朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點：優(yōu)點： 2 Tt 缺點：缺點： 受環(huán)境溫度限制，受環(huán)境溫度限制， 現(xiàn)在大型機組現(xiàn)在大型機組p2為為 0.00350.005MPa， 相應(yīng)的飽和溫度約為相應(yīng)的飽和溫度約為 27 33 ，已接近事，已接近事 實上可能達到的最低實上可能達到的最低 限度。冬天熱效率高限度。冬天熱效率高 p1 , t1不變不變，p2 4 3 國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的 初參數(shù)簡表初參數(shù)簡表 低參數(shù)中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參 數(shù) 汽輪機進 汽壓力

40、MPa 1.33.59.013.516.5 汽輪機進 汽溫度 340435535550, 535550, 535 發(fā)電機功 率 P/ kW 1500 3000 6000 25000 510萬 12.5萬,20 萬 20萬,30 萬,60萬 T s 6 5 4 3 1 b a 2 提高蒸汽動力循環(huán)效率的其它途徑提高蒸汽動力循環(huán)效率的其它途徑- 蒸汽再熱循環(huán)蒸汽再熱循環(huán)(reheat) 1 2 3 4 再 熱 b a T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的熱效率蒸汽再熱循環(huán)的熱效率 再熱循環(huán)本身不一再熱循環(huán)本身不一 定提高循環(huán)熱效率定提高循環(huán)熱效率 與再熱壓力有關(guān)與再熱壓力有關(guān) x

41、2降低降低,給提高初給提高初 壓創(chuàng)造了條件，選壓創(chuàng)造了條件，選 取再熱壓力合適，取再熱壓力合適， 一般采用一般采用一次再熱一次再熱 可 使 熱 效 率 提 高可 使 熱 效 率 提 高 2 2 3.53.5。 蒸汽再熱循環(huán)的實踐蒸汽再熱循環(huán)的實踐 再熱壓力再熱壓力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再熱再熱 超臨界機組，超臨界機組， t1600，p125MPa，二，二 次次再熱再熱 超優(yōu)點：通過提高初臨界機組，超優(yōu)點：通過提高初臨界機組， t1600，p125MPa，二次，二次再熱再熱 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的蒸汽再熱循環(huán)的定量計算定量計算 吸熱量：吸熱量： 114ab qhhhh 放熱量：放熱量： 223 qhh 凈功（忽略泵功）：凈功（忽略泵功）： net12ba whhhh 熱效率：熱效率： net12 t,RH 114 ()() ()() ba ab whhhh qhhhh 提高蒸汽動力循環(huán)效率的其它途徑提高蒸汽動力循環(huán)效率的其它途徑- 蒸汽回?zé)嵫h(huán)蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative) 1 2 36 1kg a 45 kg (1-