[精选]汽轮机原理设备及运行之工程热力学基础.pptx

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1、热力发电厂的分类 分 类 方 法热热 力力 发发 电电 厂厂 类类 型型一 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 应供给电能的凝汽式电厂，供给电能、热能的热电站供给电能的凝汽式电厂，供给电能、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

2、，亚临界发电厂，超临界、超超临中、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，孤立电厂系统中发电厂，区域性电厂，自备电厂，列车电站，孤立电厂现代汽轮机发电厂的组成及生产过程现代汽轮机发电厂的组成及生产过程现代热力发电

3、厂的主要组成局部包括热现代热力发电厂的主要组成局部包括热力和电气两大局部，锅炉、汽轮机和发力和电气两大局部，锅炉、汽轮机和发电机为发电厂的三大核心设备。电机为发电厂的三大核心设备。现代汽轮机发电厂的生产过程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：从能量的观点看，热力发电厂的基本过程是：燃料的化学能燃料的化学能热能热能机械能机械能电能电能锅炉汽轮机发电机锅炉汽轮机发电机火力发电厂生产系统示意图火力发电厂生产系统示意图制粉及燃烧系统制粉及燃烧系统制粉系统制粉系统煤煤 皮带运送机皮带运送机 原煤仓原煤仓 给煤机给煤机 磨煤机磨煤机粗粉别离器粗粉别离器 旋风别离器旋风别离器

4、煤粉仓煤粉仓 给粉机给粉机输粉管输粉管 喷燃器喷燃器 炉膛炉膛燃烧系统燃烧系统燃料在炉膛内燃烧，以辐射换热方式将热量传燃料在炉膛内燃烧，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。产物为高温烟气和灰渣。高温烟气：依次经过过热高温烟气：依次经过过热器、省煤器、空气预热器、器、省煤器、空气预热器、除尘器、引风机、烟囱，除尘器、引风机、烟囱，排入大气。排入大气。灰渣、飞灰：用水冲入冲灰渣、飞灰：用水冲入冲渣沟和冲灰沟。渣沟和冲灰沟。汽水系统 锅炉给水由给水箱锅炉给水由给水箱 给水泵给水泵 高压回热加热器高压回热加热器 省煤器

5、省煤器 汽包汽包 下降管下降管 下联箱下联箱 水冷壁管水冷壁管 汽包汽包 过热器过热器 主蒸汽管主蒸汽管 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 热井热井 凝结水泵凝结水泵 低压回热低压回热 加热器加热器 除氧器除氧器 给水箱给水箱冷却水系统冷却水系统江河或冷却水池中的水江河或冷却水池中的水 吸水滤网吸水滤网 循环水泵循环水泵 冷却水进水管冷却水进水管 凝汽器凝汽器 冷却水出水管冷却水出水管 江河或冷却水池江河或冷却水池工程热力学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个分支，主要研究

6、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。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。理解热力设备的原理等提供了必要的基础理论知识。工质是指参与热功转换的媒介物质。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。如：汽轮机是以水蒸汽作为工质的。工质及其基本状态参数工质及其基本状态参数状态参数状态参数描述工质在某一给定瞬间的物理特性的

7、各个宏观物描述工质在某一给定瞬间的物理特性的各个宏观物理量。理量。基本状态参数基本状态参数可以直接测量得到的状态参数可以直接测量得到的状态参数,如温度、压力、如温度、压力、比容。比容。温度：表示物体冷热程度的物理量。与物体内部大量分子的不温度：表示物体冷热程度的物理量。与物体内部大量分子的不规则运动有关。温度越高，分子热运动就越剧烈，用符号规则运动有关。温度越高，分子热运动就越剧烈，用符号T或或t表示。表示。热力学中，温度的量度采用热力学温标热力学中，温度的量度采用热力学温标T，单位是开尔文，单位是开尔文K。温度计：测量温度的仪表。温度计：测量温度的仪表。如：水银玻璃杆温度计；如：水银玻璃杆温

8、度计；热电偶和热电阻；热电偶和热电阻；光学温度计等。光学温度计等。压力压力P：大量分子对容器壁面频繁撞击的平均结果。以单位面：大量分子对容器壁面频繁撞击的平均结果。以单位面积承受的垂直作用力的大小来表示。物理中的压强积承受的垂直作用力的大小来表示。物理中的压强压力的国际标准压力的国际标准SI单位：单位：Pa，kPa，MPa。1Pa=1N/m2，1MPa=106Pa，1kPa=103Pa非非SI单位：单位：bar、mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。等。1bar=105Pa;1atm标准大气压标准大气压=760mmHg=1.013*105Pa;1at工程大气压工程大气压=1kgf/cm2=7

9、35.6mmHg=0.98067*105Pa;1mmHg=133.321Pa;1mmH2O=9.8067Pa.绝对压力：气体的实际压力绝对压力：气体的实际压力P P相对压力的测量：相对压力的测量：当当实实际际压压力力P P高高于于当当地地大大气气压压PbPb时时，压压力力测测量量表表的的读读数数为为表表压压力力PgPg；当当实实际际压压力力低低于于当当地地大大气气压压时时，压压力力测测量量表表的的读读数数为为真真空空度度Pv Pv。比容比容v v：单位质量的工质所占有的容积。：单位质量的工质所占有的容积。单位：单位：m m3 3/kg/kg密度密度：比容的倒数。单位容积内工质的质量。：比容的倒

10、数。单位容积内工质的质量。单位：单位：kg/mkg/m3 3热力学的几个概念热力学的几个概念热力系统热力系统：工程热力学中把所要研究的，为一定界面所包围：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。的物质系统，称为热力系统。外界外界：热力系统以外的其它物体统称外界。：热力系统以外的其它物体统称外界。开口系开口系：与外界有物质交换的热力系。：与外界有物质交换的热力系。闭口系闭口系：与外界无物质交换的热力系。：与外界无物质交换的热力系。绝热系绝热系：与外界无热量交换的热力系。：与外界无热量交换的热力系。平衡状态平衡状态：在外界条件不变的情况下，即使经历较长时间，：在外界条件

11、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。系统的宏观特性仍不发生变化，这种状态称为平衡状态。热力系统、外界和边界热力系统、外界和边界热热力力系系统统就就是是人人为为分分割割出出来来，作作为为热热力力学学研研究究对对象象的的有有限限物物质质系系统统。热热力力系系统统简简称称系系统统、体体系系。与与热热力力系系统统发发生生质质、能能交交换换的的物物系系称为外界。热力系统与外界的分界线面称为边界。称为外界。热力系统与外界的分界线面称为边界。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。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。A

12、B 1热力系统的分割完全是热力系统的分割完全是“人为的，因此对于不同的问题，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。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。气体和原在容器内的气体一起为系统。假设没有质量越过边界，则系统称为闭口系假设没有质量越过边界，则系统称为闭口系 又称又称控制控制质量，用质量，用CM表示；表示；假设通过边界系统与外界有质量交换，则称为开口系假设通过边界系统与外界有质量交换，则称为开口系又称又称控制体积，用控制体积，用CV表

13、示；表示；与外界无热量交换的系统称为绝热系；与外界无热量交换的系统称为绝热系；本课程研究最多的是由可压缩物质组成的，无化学反响、本课程研究最多的是由可压缩物质组成的，无化学反响、与外界有能量交换的有限物质系统，称为简单可压缩系与外界有能量交换的有限物质系统，称为简单可压缩系统。统。理想气体与实际气体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。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：水蒸汽除外。不远的气体如：水蒸汽

14、除外。实际气体实际气体实际气体实际气体。热力发动机中用来作为工热力发动机中用来作为工质的水蒸汽和制冷机中的质的水蒸汽和制冷机中的制冷剂距液态不远，而且制冷剂距液态不远，而且工作过程中有物质的集态工作过程中有物质的集态变化。因此，这些工质一变化。因此，这些工质一般不能作为理想气体看待。般不能作为理想气体看待。饱和状态是这类工质的重饱和状态是这类工质的重要性质对蒸汽动力循环、要性质对蒸汽动力循环、制冷循环和湿空气过程的制冷循环和湿空气过程的理解和分析有重要作用。理解和分析有重要作用。理想气体状态方程理想气体状态方程物理学告诉我们：物理学告诉我们：P P 气体的绝对压力气体的绝对压力N/mN/m2

15、2 or Pa or Pa；v v 气体的比容气体的比容m m3 3/kg/kg；T T 气体的热力学温度气体的热力学温度K K；R R 气体常数气体常数N.m/kg.KN.m/kg.K。热力学状态热力学状态平衡状态：平衡状态：只要不受外界环只要不受外界环境的影响，工质境的影响，工质的状态就不会随的状态就不会随时间而变化，并时间而变化，并且在工质的内部且在工质的内部各处都具有相应各处都具有相应相同的压力、温相同的压力、温度和比容等状态度和比容等状态参数。参数。第四节第四节热力学第一定律热力学第一定律26热力学第一定律表述为：热可以变为功，功也可以变为热。一热力学第一定律表述为：热可以变为功，功

16、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，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。热力学第一定律也称为能量守恒与转必产生数量与之相当的热。热力学第一定律也称为能量守恒与转换定律换定律工质的内能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。和内势能。热力学第一定律解析式热力学第一定律解析式1闭口系闭口系闭口系闭口系：q=u+w上式说明：加给工质的热量，一局部用来改变工质的内能，另上式说明：加给工质的热量，一局部用来改变工质的内能，另一局部则用

17、来使工质膨胀而对外作功。一局部则用来使工质膨胀而对外作功。内动能内动能分子运动的动能。工质内局部子运动的动能愈大，工质的温度分子运动的动能。工质内局部子运动的动能愈大，工质的温度愈高，内动能是温度愈高，内动能是温度T T的单值函数的单值函数；内势能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，是比容比容有关，是比容v v的函数。理想气体由于不存在内聚力，故内势的函数。理想气体由于不存在内聚力，故内势能为零。能为零。工质的内能，决定于工质的热力学温度和比容，即：工质的内能，决定于工质的热力学温度和比容，即：u=fu

18、=fT,vT,v。这说明：工质内能的大小完全取决于它所处的热力学状态。这说明：工质内能的大小完全取决于它所处的热力学状态。内能内能u u是工质的一个状态参数。是工质的一个状态参数。理想气体的内能，是温度的单值函数。理想气体的内能，是温度的单值函数。膨胀功是气体体积变膨胀功是气体体积变化而与外界交换的功。化而与外界交换的功。功与压容图功与压容图功功被定义为力及沿力方向所产生位移的乘积。气缸中有气缸中有1kg1kg气体，压力为气体，压力为p p，内装一，内装一无摩擦可移动活塞，截面积为无摩擦可移动活塞，截面积为f f，作用于，作用于活塞里侧的力活塞里侧的力pfpf稍大于作用于活塞外侧的稍大于作用于

19、活塞外侧的力力FoutFout，则气体将发生膨胀而使活塞向右，则气体将发生膨胀而使活塞向右移动移动dxdx的距离的距离,则缸内气体对活塞所作的则缸内气体对活塞所作的微元功为：微元功为：当此当此1kg1kg气体从状态气体从状态1 1变化到状态变化到状态2 2时，时，所作的膨胀功为：所作的膨胀功为：J/kgJ/kg功在功在p-vp-v图上可用过程线与图上可用过程线与v v轴包围轴包围的面积表示。的面积表示。功与热量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。是如此。作功作功 与与 传热传热 是能量传递的两种基本方式

20、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；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。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。二者都是能量在传递过程中的度量，且可相互转换。热量与温熵图热量是由温度差的作用而产生的能量。热量是由温度差的作用而产生的能量。可逆过程工质与热源无温差换热，可理可逆过程工质与热源无温差换热，可理解为有温差但是温差无穷小，解为有温差但是温差无穷小，T T工质温度工质温度中，过程中的微元传热量可表示如下：中，过程中的微元传热量可表示如下：过程总传热量可表示如下：过程总传热量可表示如下：由此得到熵的定

21、义式：由此得到熵的定义式：p-v图和图和T-s图图功可用功可用p-vp-v图上过程线与图上过程线与v v轴包围的面积表示；热量可用轴包围的面积表示；热量可用T-sT-s图图上过程线与上过程线与s s轴包围的面积表示，所以轴包围的面积表示，所以p-vp-v图和图和T-sT-s图是分析气体图是分析气体热力过程的能量变化的有力工具。热力过程的能量变化的有力工具。在在p-vp-v图能够确定过程图能够确定过程功的正或负；功的正或负；在在T-sT-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。来极大的方便。第六节稳定流动能量方程式稳定流

22、动：工质的流动情况不随时间而变化，即工质在设备任何稳定流动：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。一时刻流经任何截面的流量均相同。稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式如下图，如下图，1kg1kg工质从工质从1-11-1截面进入截面进入系统，从系统，从2-22-2截面流出系统。当该工截面流出系统。当该工质从质从1-11-1截面进入系统时，带入系统截面进入系统时，带入系统中的总能量为：中的总能量为：该工质从该工质从2-22-2截面流出系统时，传

23、出截面流出系统时，传出系统的总能量为：系统的总能量为：考虑到考虑到 和和 ，根据能量守恒与转换定律可得出以下方程式，根据能量守恒与转换定律可得出以下方程式 ：可写成：可写成：令：令：，则：则：适用于开口系适用于开口系焓焓h h：h=u+pvh=u+pvJ/kgJ/kg；因为因为 u u、p p、v v 都是状态参数，所都是状态参数，所以以焓焓也也是状态参数是状态参数。代表每代表每kgkg工质沿流动方向往前传递的总能量中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局部。直接取决于热力状态的局部。技术功技术功w wt t：从热力设备中流出来的技术上可资利用的功量。：从热力设备中流出来的技术

24、上可资利用的功量。在在p-vp-v图上可用过程线与图上可用过程线与p p轴包围的面积表示。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：技术功又等于工质膨胀功与流动功的代数和：流动功是开口系输出和输入的推动功的差，流动功是开口系输出和输入的推动功的差，等于等于p p2 2v v2 2-p-p1 1v v1 1，是开口系维持流动必须付出，是开口系维持流动必须付出的代价。流动功的代价。流动功0,0,0,需要消耗机械功，需要消耗机械功，比方泵。比方泵。因此蒸汽流过汽轮机时，输出轴功由实质两局部组成：因此蒸汽流过汽轮机时，输出轴功由实质两局部组成：1 1、工质本、工质本身降压膨胀时的膨胀功

25、；身降压膨胀时的膨胀功；2 2、出口压力很低，所需推动功、出口压力很低，所需推动功p p2 2v v2 2远小于远小于带入推动功带入推动功p p1 1v v1 1，多余的推动功即流动功可以转化为轴功。，多余的推动功即流动功可以转化为轴功。因此蒸汽在汽轮机中开始膨胀做功时的压力越高，流出汽轮机时因此蒸汽在汽轮机中开始膨胀做功时的压力越高，流出汽轮机时压力越低，则膨胀功和流动功越大，输出轴功越多。压力越低，则膨胀功和流动功越大，输出轴功越多。当工质在进出口处的流速变化不大、进出口高度差也可不考虑时，当工质在进出口处的流速变化不大、进出口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，比方蒸汽

26、轮机。此时，轴功则动能变化及位能变化均可忽略不计，比方蒸汽轮机。此时，轴功就等于技术功就等于技术功 稳定流动能量方程式的应用稳定流动能量方程式的应用工质流过汽轮机时工质流过汽轮机时:上式说明上式说明,工质在流过汽轮机时输出到外界的轴功等于工质焓的工质在流过汽轮机时输出到外界的轴功等于工质焓的减小。减小。第七节 水蒸汽在定压下的形成过程水蒸汽在定压下的形成过程水蒸汽在定压下的形成过程未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿蒸汽湿蒸汽干蒸汽干蒸汽过热蒸汽过热蒸汽水蒸汽的形成过程在水蒸汽的形成过程在T-sT-s图上的表示图上的表示McMc饱和水线；饱和水线；NcNc干饱和蒸汽线；干饱和蒸汽线；液体热；液体热；

27、r r汽化潜热；汽化潜热；过热热量；过热热量；cc临界点临界点过热度：过热蒸汽温度过热度：过热蒸汽温度t t超过蒸汽压力对应的饱和温度超过蒸汽压力对应的饱和温度t ts s的数值。的数值。水的临界点参数：水的临界点参数：t tc c=374.15=374.15；p pc c=22.129MPa=22.129MPa；v vc c=0.00326 m=0.00326 m3 3/kg/kg干度：湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数。干度：湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数。设零度水的焓为设零度水的焓为0 0，液体热：，液体热：q ql l=h=h，汽化潜热：汽化潜热：r=h-hr=h-h，过热热量：过热热量：

28、q qsusu=h-h=h-h。所以：所以：h=qh=ql l；h=qh=ql l+r+r；h=qh=ql l+r+q+r+qsusu。温熵图上任一点的焓值都可。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为界线的一块面积来表示为什么用图表？1 1、工程中需要这些数据：、工程中需要这些数据：h,v,sh,v,s等等：汽轮机蒸汽进出口参数，怎样求作功？：汽轮机蒸汽进出口参数，怎样求作功？可由图表根据可由图表根据p p1 1 t t1 1 p p2 2 t t2 2 求出焓降，从而

29、得求出焓降，从而得出作功的大小出作功的大小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，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、比容焓、熵、比容 水和水蒸汽表水和水蒸汽表离散的点离散的点或将这些数据拟合成曲线或将这些数据拟合成曲线 焓熵图焓熵图离散与连续的结合离散与连续的结合来源：实验数据 整理水蒸汽表目的：目的：t p t p h r t h r ts s p ps s v v查取方法查取方法:插值法插值法饱和水、干蒸汽、未饱和水、过热蒸汽可通过水蒸

30、汽表直接查出。湿蒸汽参数可按下式计算：温熵图焓熵图线算图、莫里尔线算图、莫里尔德德来源：水蒸汽表来源：水蒸汽表目的：直接查取目的：直接查取 hha a 定压加热定压加热 b b 绝热流动绝热流动 定压线群、定温线群定压线群、定温线群定容线群、干度线定容线群、干度线 工程中只需计算水蒸汽工程中只需计算水蒸汽u u、h h、s s的变化量，因此可的变化量，因此可任选一个基准点。国际会议规定，水蒸汽热力性质任选一个基准点。国际会议规定，水蒸汽热力性质表和图以三相点状态的液相水为基准点编制。水的表和图以三相点状态的液相水为基准点编制。水的三相点的参数为三相点的参数为p p611.2 Pa611.2 P

31、a，v v0.00100022 m3/kg0.00100022 m3/kgT T273.16273.16K t=0.01K t=0.01此状态下液相水的热力学能和熵被规定为零，而其此状态下液相水的热力学能和熵被规定为零，而其焓值工程上近似为零。焓值工程上近似为零。定定压压线线在在h-sh-s图图上上呈呈发发散散分分布布。定定压压线线任任一一点点的的斜斜率率等等于于该该点点的的热热力力学学温温度度，饱饱和和区区内内，定定压压线线为为一一簇簇斜斜率率不不同同的的直直线线。在在过过热热区区，随随着着温温度度的的增增高高，定压线趋于陡峭。定压线趋于陡峭。h-sh-s图图：C C临临界界点点，干干度度x

32、 x0 0线线，x x1 1线线；定定压压线线、定温线和定容线，在饱和区内还有定干度线。定温线和定容线，在饱和区内还有定干度线。定温线定温线饱和区内与定压线重合；在过热区与定饱和区内与定压线重合；在过热区与定压线自上界线处分开后逐渐趋于平坦。压线自上界线处分开后逐渐趋于平坦。定容线定容线走向与定压线相同，但比定压线稍陡。走向与定压线相同，但比定压线稍陡。定干度线定干度线一组干度等于常数的曲线。一组干度等于常数的曲线。xx0.50.5的的区区域域图图线线过过密密，工工程程中中也也不不经经常常使使用用这这局局部部数数据据，所所以以通通常常所所用用的的h-sh-s图图线线中中不不包包括括这这一一区区

33、域。域。焓熵图焓熵图h-s h-s 图图第九节水蒸汽的典型热力过程1.定压流动过程定压流动过程 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。的热量等于其焓的增加或减小。2.绝热流动的作功过程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。的焓降转变为技术功。3.通过喷管的绝热流动喷管就是通过流道截面积的变化，喷管就是通过流道截面积的变化，使流体的速度和压力产生相应变化的设备。使流体的速度和压力产生相应变化的设备。一般喷管可分为渐缩喷管、渐扩喷管一般喷管可分为渐缩喷

34、管、渐扩喷管和缩放喷管等。和缩放喷管等。能量方程式：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。工质流经喷管时，如果发生绝热膨胀，则其动能必将增大。满足可压缩流体一元定常流动的连续性方程满足可压缩流体一元定常流动的连续性方程质量守恒质量守恒：G=Ac/v气体介质中的音速气体介质中的音速马赫数马赫数Ma1 1 1 超音速超音速渐缩喷管：渐缩喷管：dA,渐缩喷管只能在渐缩喷管只能在Ma1范围内加速流体。范围内加速流体。渐扩喷管：渐扩喷管：dA 渐扩喷管只能在渐扩喷管只能在Ma1范围内加速流体。范围内加速流体。缩放喷管缩放喷管Laval喷管：喷管：dAdA缩放喷管能将亚音速缩放喷

35、管能将亚音速MaMa1 1流动加速到超音速流动加速到超音速Ma1流动。流动。喷管型式的选取：喷管型式的选取：喷管压比喷管压比p2/p1，p2喷管后压力，喷管后压力，P1喷管前压力喷管前压力当当p2/p1c时，采用渐缩喷管，喷管出口称为喉部时，采用渐缩喷管，喷管出口称为喉部能获得亚音速或音速流动；能获得亚音速或音速流动；当当p2/p1c时，采用缩放喷管，喷管出口能获得超音时，采用缩放喷管，喷管出口能获得超音速流动，在最小界面喉部处的流速理论上等于速流动，在最小界面喉部处的流速理论上等于当地音速。当地音速。注：注：c=pc/p1,喷管出口恰好到达喷管出口恰好到达音速流动时的喷管压比，称临界压音速流

36、动时的喷管压比，称临界压比，此时喷管后的压力比，此时喷管后的压力Pc称为临界称为临界压力压力扩压管扩压管使流体压力升高，流速降低的管道称为扩压管。使流体压力升高，流速降低的管道称为扩压管。参数变化规律与喷管相反参数变化规律与喷管相反dc，dv，dh，ds种类种类渐缩扩压管：渐缩扩压管：Ma1；渐扩扩压管：渐扩扩压管：Ma1；渐缩渐扩扩压管：渐缩渐扩扩压管：Ma1Ma1。不能以截面变化趋势来判断通道是喷管还是扩压管！不能以截面变化趋势来判断通道是喷管还是扩压管！绝热节流绝热节流气体在管道中流过突然缩小的截面，气体在管道中流过突然缩小的截面，如阀门、孔板、节如阀门、孔板、节流圈等部件流圈等部件流体

37、则产生涡流和摩擦，即产生局部阻力损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。失，因而引起压力显著下降，这种现象，称为节流。又未及与外界进行热量交换的过程称为绝热节流。又未及与外界进行热量交换的过程称为绝热节流。电站电站中用到的流量变送器就是利用节流孔板产生的压力差来中用到的流量变送器就是利用节流孔板产生的压力差来进行流量测量的。进行流量测量的。流动特性流动特性绝热节流是一个典型不可逆过程。其绝热节流是一个典型不可逆过程。其特点是：绝热节流前后焓不变。特点是：绝热节流前后焓不变。h h2 2=h=h1 1p p2 2p p1 1s s2 2s s1 1对

38、理想气体：焓不变、温度不变、压力下降、比容增加、对理想气体：焓不变、温度不变、压力下降、比容增加、熵增加。熵增加。注注:理想气体的焓是温度的单值函数。理想气体的焓是温度的单值函数。对实际气体：节流前后焓不变，温度不一定不变。对实际气体：节流前后焓不变，温度不一定不变。绝热节流后，工质的作功能力将下降。绝热节流后，工质的作功能力将下降。绝热节流在绝热节流在h-s图上表示图上表示第十节热力学第二定律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。低温物体传到高温物体。开尔文开尔文-浦朗克说法：任何发动机都不可能只从单浦朗

39、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。一的热源吸热，并把它连续不断地转变为功。热力学第二定律实质：热力学第二定律实质：“客观世界发生的一切过程都具有方向性和客观世界发生的一切过程都具有方向性和不可逆性。不可逆性。层次一：方向性。实际过程总是朝着一个方向趋向平衡的方向层次一：方向性。实际过程总是朝着一个方向趋向平衡的方向自发地进行而不能自发地反向进行。自发地进行而不能自发地反向进行。层次二：不可逆性。自发过程的反向过程即非自发过程不能自发进层次二：不可逆性。自发过程的反向过程即非自发过程不能自发进行。行。注意：非自发过程不能自发进行，并不意味着不能够进行，而是它

40、注意：非自发过程不能自发进行，并不意味着不能够进行，而是它的发生必须以某种条件的发生必须以某种条件另一个自发过程另一个自发过程为补偿。为补偿。层次三：能质衰贬原理层次三：能质衰贬原理ThePrincipleofDegradationofEnergy正是由于上述过程的方向性和不可逆性说明能量有正是由于上述过程的方向性和不可逆性说明能量有“品位即作功品位即作功能力或转换能力上下之分能力或转换能力上下之分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。假设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

41、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：循环的热效率 假设工质经过一个循环，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：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。12：定温吸热过程；23：绝热膨胀作功过程；34：定温放热过程；41：绝热压缩过程。卡诺循环的热效率 卡诺定理卡诺循环的热效率仅取决于热源温度卡诺循环的热效率仅取决于热源温度T T1 1和和冷源温度冷源温度T T2 2而与工质的性质无关，而与工质的性质无关，T

42、 T1 1愈高、愈高、T T2 2愈低时，热效率愈高；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到任何热能动力装置的循环效率都不可能到达达100%100%；当当T T2 2=T=T1 1时，卡诺循环的热效率等于零，这时，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说明，只有单一热源的热力发动机是不可能存在的。能存在的。第十一节 朗肯循环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。朗肯循环是由以下热力过程组成的：12：过热蒸汽在汽轮机内的绝热膨胀作功过程23：乏汽在凝汽器中的定压放热过程

43、 34：凝结水在给水泵中的绝热压缩过程4561：给水在省煤器、汽锅和过热器中定压吸热过程 朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 则朗肯循环的热效率为：则朗肯循环的热效率为：当当p110MPa时，水泵功可忽略不计，此时：时，水泵功可忽略不计，此时：提高朗肯循环热效率的途径提高朗肯循环热效率的途径提高初温、初压；提高初温、初压；降低背压。降低背压。1、提高初压p1 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x0.850.88开展方向：越来越高中压高压超高压亚临界超临界超超临界2、提高初温t1 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。开展方向：不易提高 537-6203、降低终压p2 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 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。朗肯循环朗肯循环现代蒸汽动力装置现代蒸汽动力装置 的基本循环的基本循环实际中对朗肯循环做实际中对朗肯循环做改进改进回热循环回热循环+再热循环再热循环演讲完毕，谢谢观看！