第10章 热力装置及其循环Word下载.docx
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5)减少循环中的不可逆损失
6)热电联产循环及其他措施
5 制冷循环
(1).逆卡诺循环。
(2).空气压缩制冷循环。
1)简单空气压缩制冷循环。
2)回热式空气压缩制冷循环。
(3).蒸气压缩制冷循环。
一、循环概述
(一)、分类
(二)、循环分析的目的与任务:
1.典型热机和制冷机的工作过程;
2.计算各点的状态参数,与外界交换的热量和功量以及循环的热效率;
3.找出提高循环热效率的方法。
(三)分析循环的方法
1.热效率法:
<
1>
:
<
2>
两热源间工作的一切可逆热机:
3>
任意的一个循环:
其中,为平均放热温度,为平均吸热温度.
2.熵法:
从能量的耗散入手,则有:
二、机械喷油式柴油机的实际工作循环和理想循环
一.实际工作循环
01'
:
吸入空气;
1'
2:
压缩过程;
23:
喷油燃烧过程;
34:
45:
膨胀过程;
51'
'
排气过程;
1'
0:
排出剩余的废气
二混合气加热理想循环
实际的柴油机经抽象后,如图示:
其中,1-2是定熵压缩过程,2-3是可逆定容加热过程,3-4是可逆定压加热过程,4-5是定熵膨胀过程,5-1是可逆定容放热过程.
混和加热的循环吸热量:
放热量:
混合加热循环的热效率:
几个定义:
压缩比:
定容升压比:
定压预胀比:
由上面的三个定义,得:
讨论:
随,,的升高而升高;
随的升高而降低.
三、汽油机循环和定压加热柴油机循环
(一)汽油机的循环可简化为定容加热循环
如图示:
对该循环而言,预胀比,故:
由上式可看出,当一定时,汽油机的热效率取决于压缩比,并随着压缩比的升高而升高.
(二).定压加热柴油机循环
如图示:
该循环相当于=1,故定压加热理想循环的热效率为:
=
四、活塞式内燃机三种理想循环的比较
(一)具有相同的压缩比
从T-S图可知:
由于三个循环的放热量相同,故热效率的高低次序为:
其中,,分别为定容,混合及定压加热循环的热效率.
(二)具有相同的最高压力和最高温度
从图可以看出,三循环的放热量相同,吸热量有:
所以,热效率的高低为:
考虑到实际的情况,三循环的热效率高低为:
五、燃气轮机装置循环
(一)燃气轮机装置
燃气轮机的构成:
压气机,燃烧室,燃气轮机,简单的装置如图示:
对实际的装置进行简化后,其P-V图,T-S图如下:
功率的分析
压气机耗功:
燃气轮机做功:
净功:
吸热量:
热效率:
式中,称为增压比.
对于给定的气体,一定时,热效率随增压比的升高而升高;
当增压比时,热效率为零.
(二)实际燃气轮机循环
实际的燃气轮机循环存在不可逆因素,以压气机的绝热效率和相对内效率来修正.
两个定义:
绝热效率:
相对内效率:
实际循环的T-S图
如图,1-2-3-4是实际的燃气轮机循环,是理想的可逆燃气轮机循环.
六、提高燃气轮机循环热效率的其它途径
(一)回热循环
概念:
利用温度较高的燃气轮机排气来加热压气机出口的气体,即可达到降低排气余热浪费和节约热能的目的.
T-S图:
1-2是可逆绝热压缩过程;
2-X是在回热器中的可逆吸
热过程;
X-3是在燃烧室里的可逆定压加热过程;
3-4是可逆
4-Y是回热器里的可逆放热过程,Y-1是向大气的可逆定压放热过程.
回热度:
实际回热量与理想回热量的比值,以表示,则有:
提高实际燃气轮机热效率的途径:
比值升高;
在比值升高的同时,增压比升高;
进行回热循环;
在回热的基础上,进行多级压缩,中间冷却;
在回热的基础上,进行多级膨胀,中间再热.
七、朗肯循环及其热效率
(一)设备及流程
锅炉蒸汽轮机冷凝器给水泵
1-2是气轮机中的可逆绝热膨胀过程;
2-3是冷凝器中的可逆定压冷凝过程;
3-4是水泵中的定熵压缩过程;
4-d-a-1是锅炉中的可逆定压加热,汽化,过热过程.
(二)T-S图及热效率的分析
1.T-S图:
水在锅炉中吸收的热量:
对外输出功:
冷凝器中放出的热量:
所耗的水泵功:
循环输出的净功:
循环的热效率:
若忽略水泵功,则有:
2.耗气率:
装置每输出1KWh功量所耗费的蒸汽量,计算式为:
八、蒸汽参数对循环热效率的影响
(一).排气压力的影响
由图可知:
降低排气压力,循环的平均放热温度降低,又循环的平均吸热温度不变,故循环的热效率升高.
(二).蒸汽初温的影响
由图可知,提高初温可提高循环的平均吸热温度,从而提高循环的热效率,且增大乏气的干度,改善蒸气机的性能。
(三).蒸汽初压的影响
由图可知,提高蒸汽初压,可提高平均吸热温度,从而提高循环的热效率.
(四).小结
由以上可知,提高蒸汽初压,蒸汽初温,降低排气压力,均可提高循环的热效率.
九、再热循环
(一)再热的特点:
过热蒸汽在汽轮机的高压段中膨胀到某一压力后,自汽轮机抽出进行再加热,然后引入汽轮机再次膨胀直至达到排气压力.
(二)设备
锅炉,再热器,汽轮机,水泵,冷凝器
(三)T-S图及能量分析
汽轮机做的功:
水泵耗功:
循环吸热量:
放热量:
循环净功:
采用再热循环的优点:
蒸汽在汽轮机的低压段的干度提高到安全值的水平,为提高初
压提供了可能性.
十、回热循环
(一).理想回热循环
1.设备及流程
如图示,
1-5为工质在汽轮机中第一次绝热膨胀功;
5-7为工质放热过程,加热回热套中的水;
7-6为工质第二次在汽轮机里膨胀做功;
6-3为冷凝器里的放热过程;
3-4为水泵里的定熵压缩过程;
4-4'
-1为锅炉里的可逆定压加热,汽化,过热过程.
2.热效率:
从上图可知,回热循环与朗肯循环相比,吸热过程为4'
-1,吸热平均温度明显得到了提高,而放热平均温度未变,热效率得到了提高.
(二)抽气回热循环.
1.流程图
简介:
以1Kg的蒸汽为例,1处的蒸汽进入汽轮机膨胀到7时,kg的蒸汽被抽出引入到加热器中,未被抽出的()kg蒸汽继续膨胀到状态2,然后冷却,并由低压水泵输入到给水加热器,并与汽轮机抽出的蒸汽相混合,且蒸汽凝结时释放的热量恰使液态水达到饱和状态,最后经由高压泵输送到锅炉。
2.能量分析
汽轮机的功:
冷凝器中的放热量:
给水加热器中:
得:
忽略泵功,则有:
故
吸热量:
热效率:
3.抽气回热的优缺点
优点:
1)锅炉的负荷降低,受热面积减少;
2)汽轮机高压段的流量增加;
3)冷凝器的换热面积减少。
缺点:
投资加大
十一、热电联产循环
定义:
蒸汽动力厂将排气用于其他低压蒸汽的场所,用以供暖,这样的循环既发电又
供热,称之为热电联产循环。
经济性指标:
循环热效率
热量利用系数:
十二、燃气-蒸汽联合循环
概念:
将燃气轮机的排气作为蒸汽轮机循环的加热装置,以充分利用燃气轮机的排气
余热,称之为燃气-蒸汽联合循环。
十三、制冷循环概述
制冷:
为了获得并维持某一低温,必须设法不断的将热量自低温物体排到外界,这就是制冷。
制冷装置:
获得并保持低温的装置称之为制冷装置。
制冷剂:
用于制冷的工质。
单位制冷量:
1Kg工质从低温环境或冷库带走的热量。
制冷量:
容积制冷量:
制冷系数:
制冷温度:
十四、逆卡诺循环
制冷系数:
由上式看出:
要设法提高制冷系数,必须设法使之差减小,即:
使升高,
使降低。
十五、空气制冷循环
分类:
简单空气制冷循环
回热式空气制冷循环
(一).简单空气制冷循环
1.设备与流程
主要的设备:
压缩机、冷却器、膨胀机、冷库。
温熵图:
如图,为空气制冷循环的T-S图。
2.能量的分析与计算:
放给大气环境的热量:
空气自冷库吸收的热量:
压缩机耗功:
膨胀机做工:
循环静功:
又:
,
所以:
3.影响的因素及缺点:
影响的因素:
增压比越大,制冷系数越小;
制冷量小。
(2).回热式空气压缩制冷循环
1.设备与流程:
压缩机、冷却器、回热器、膨胀机、冷库
2.T-S图
如图示,为空气制冷循环的温-熵图。
3.回热的优点:
在相同的、条件下,增压比变小,故可以采取叶轮机械式压缩机,制冷能力大大提高;
增压比减小,压缩机的耗功降低;
增压比减小,压气机、膨胀机的不可逆损失降低。
4.能量的计算
十六、蒸汽压缩式制冷循环
(一).设备与流程
如图示,1-2为工质的定熵压缩过程;
2-3为定压放热过程;
3-4为等焓过程;
4-1为定压定温吸热过程。
(二).能量分析
工质吸收的热量:
工质的放热量:
压缩机的耗功量:
(三).工质流量,制冷量与功率
令气缸的容积为V,电动机的转速为n(r/