第10章 动力循环及制冷循环

10．1本章基本要求

1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。

2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。

3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。 10．2 例题

例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为t1=550C，p1=30bar，p2=0.05bar。试

计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。

解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值：

h1=3568.6KJ/kg s1=7.3752kJ/kgK h2=2236kJ/kg s2=7.3752kJ/kgK h3=137.8kJ /kg s3=0.4762kJ/kgK

h4=140.9kJ/kg

则 1) 水泵所消耗的功量为

wp?h4?h3=140.9-137.78=3.1kJ/kg 2) 汽轮机作功量

wt?h1?h2=3568.6-2236=1332.6kJ/kg 3) 汽轮机出口蒸汽干度

'"

p2=0.05bar时的s2

=0.4762kJ/kgK s2=8.3952kJ/kgK. '

s2?s2x?"?'

s2?s20.87 则

或查h-s图可得 x=0.87. 4) 循环净功

w0?wT?wp=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg

5) 循环热效率

q1?h1?h4 =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg

故

?T?

w0

q1 =0.39=39%

（i）p3a=6.867bar，t3a=490℃ 水泵的功wp?v(p2a?p1)?0.8 =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wp?v(p2b?p1)?0.8

=0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg

wnet=1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg

在状态点3的压力p3=68.67bar，温度t3=400℃。

从水蒸汽表查得h3=3157.26kJ/kg·K，s3=6.455kJ/kg·K，v3=0.04084m3/kg。 从点3等熵膨胀至43，p4=9.81bar，从h-s图查得h4s=2713.05kJ/kg。 在点5的压力p5=9.81bar，温度ts=400℃，从水蒸汽表查得h5=3263.61kJ/kg,

v5=0.3126m3/kg。从点5等熵膨胀至6s，6s点的压力p6s=0.0981bar，从h-s图查得h6s=2369.76kJ/kg。在状态点1，压力p1=0.0981bar，液体的焓h1=190.29kJ/kg，液体的比容v1=0.001m3/kg。

（1）高压汽轮机输出的等熵功；

wt(h)=h3-h4s=3157.26-2713.05=444.21 kJ/kg 低压汽轮机的输出功：

wt(L)=hs-h6s=3263.61-2369.76=893.88 kJ/kg

(2)假设液体的比容保持常数，给水泵的等熵压缩功为：

wp=v(p2s-p1)=0.001(6867-9.81)=6.857kJ/kg (3)循环的热效率：

?th??

(h3?h4s)?(h5?h6s)?(h2s?h1)

(h3?h3s)?(h5?h4s)444.21?893.88?6.857

2960.1?550.56

?0.379?37.9%

?

（4）蒸汽耗率

36003600

??2.70wnet1331.22kg/kW·h

4点的状态参数p4=37.278bar，t4=400℃，从水蒸汽表查得h4=3215.46kJ/kg。显然，由于汽轮机背压p2的提高使背压式蒸汽发电厂的循环热效率低于凝汽式蒸汽发电厂的循环热效率。但从能量利用的角度来看，背压循环的“能量利用系数”K又比凝汽循环高。

K?

已被利用的能量

工质从热源得到的能量

凝汽循环

K?

w

?0.409q1

背压循环（理想情况下）

K?

w?q2

?1q1

实际上由于各种热损失和电、热负荷之间的不协调，一般K=0.7左右。

例3：某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：（1）汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率；（2）汽轮机的最大有用功量、熵效率；（3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较。

?0.8684

汽轮机的理想功量

w12??h1?h2??3194.7?2259.9?934.8 kJ/kg

汽轮机的相对内效率

汽轮机的最大有用功

?ri?

w12617.6

??0.661w12?934.8

（2）汽轮机的最大有用功和熵效率

wn?max?ex1?ex3?(h1?T0s1)?(h2?T0s2)

?(3194.7?293?7.2244)?(2577.1?293?2.2295)?912.1kJ/kg

汽轮机的熵效率

?3x?

w12617.6??0.677wn?max912.1

（3）汽轮机的相对内效率和熵效率的比较

计算结果表明，汽轮机的对内效率?ri小于熵效率?exo。因为这两个效率没有直接联系，它们表明汽轮机完善性的依据是不同的。