第一章基本概念.doc

基本概念 热能与机械能之间的转化过程 从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能得到动力的一整套设备，统称为热能动力装置，简称动力装置，其中把热能转化为机械能的设备叫做热机。 动力装置由于燃料性质、燃烧设备的不同，以及其他因素的影响，可分为蒸汽动力装置、内然动力装置、核动力装置等。热机分内燃机、汽轮机、燃气轮机以及喷射推进式动力机等。 蒸汽动力装置 蒸汽动力装置的系统简图如图1－1所示。这是由锅炉、汽轮机、冷凝器、泵等组成的一套热力设备。燃料在锅炉中燃烧，使化学能转变为热能，锅炉沸水管内的水吸热后变为蒸汽，并且在过热器内过热，成为过热蒸汽。此时蒸汽的温度、压力比外界介质(大气)的温度及压力高，具有作功的能力。当它被导入汽轮机后，先通过喷管，蒸汽由于膨胀，降力降低，速度增大。这样，具有一定动能的蒸汽推动叶片，使轴转动作功。作功后的乏汽从汽轮机进入冷凝器，被冷却水冷却，凝结成水，并由泵打入锅炉内加热。如此周而复始，锅炉不断产生蒸汽，汽轮机不断作功。 1－炉子；2－炉墙；3－沸水管；4－汽锅；5－过热器；6－汽轮机；7－喷嘴；8－叶片；9－叶轮；10－轴；11－发电机；12－冷凝器(凝汽器)；13、14及16－泵；15－蓄水池 1.1.2核动力装置 压水堆核电站是利用压水反应堆释放的热能进行发电的一种核动力装置，图1－2为其原理流程图。 图的左半部分(即虚线框出的部分)称为核供汽系统(或称一回路系统)，它是将反应堆核燃料释放的热能送往蒸汽发生器使之产生蒸汽的装置。现代大功率压水堆核电站的核供汽系统一般有2~4个并联环路，对称地布置在反应堆压力容器的四周。每一条环路都由一台冷却剂泵、一台蒸汽发生器以及相应的管道阀门组成，分别与反应堆压力容器的进口接管和出口接管连接。此外，核供汽系统还没有一台稳压器，用来稳定系统的压力。整个核供汽系统布置在一个大安全壳内，这样一旦核供汽系统发生冷却剂泄漏时，不致对周围环境造成放射性污染。 图的右半部分称为热能－电能转换系统(或称二回路系统)，它与常规电站的动力回路设有显著差别。热能－电能转换系统主要由饱和蒸汽汽轮发电机组、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、给水泵、高压加热器、中间去湿再热装置和相应的管道阀门组成。二回路系统不与带放射性的物质直接接触，因此在正常运行时，它是没有放射性的。 图1－2 1－冷却剂；2－稳压器；3－蒸汽；4－高压汽轮机；5－湿汽分离器；6－再热器； 7－低压汽轮机；8－发电机；9－冷凝器；10－凝结水泵；11－低压加热器；12－给水泵；13－高压加热器；14－安全壳边界；15－冷却剂泵；16－反应堆；17－蒸汽发生器 1.1.3内燃机 内燃机主要部分为气缸1（图1－3）及气缸中的活塞2。当发动机工作时，活塞作往复运动，由于这一运动并借助于连杆3和曲柄4，使发动机轴5转动，以带动工作机器。 图1－3 燃料和空气的混合物在气缸中燃烧，使燃气的温度和压力大大高于周围介质的温度和压力，因此这种气体就具有作功的能力。它在气缸中膨胀，向右推动活塞(图1－3)，这时气体的能量通过曲柄连杆机构传给飞轮6。飞轮装在发动机的曲轴上，以使曲轴转动均匀，并靠它所贮存的部分能量来完成活塞的逆向运动。 每经过一定的时间间隔，空气和燃料即被送入气缸中，并在其中燃烧、膨胀，推动活塞作功。这样，飞轮从气体那里所得到的能量，除了部分作为带动活塞逆向运动所需的能量外，其余部分通过各种方法传递给工作机或发电机，以便直接加以利用。 1.2 工质、热源、热力系统 1.2.1 工质 概括地看来，无论哪一种动力装置，总是利用某种媒介物质从某个能源获取热能，使它具有高能量而对机器作功，最后把余下的热能排向大气或冷却水，我们把实现热能转化为机械能的媒介物质叫做工质。例如燃气是内燃机的工质，水和水蒸汽是蒸汽动力装置的工质。作为工质的物质必须具有良好的膨胀性和良好的流动性。热能动力装置所用的工质为气态物质，如空气、燃气和蒸汽。 1.2.2 热源 供给工质热能的物体叫做热源，或称高温热源；接受工质排出热能的物体叫做冷源，或称低温热源。热能动力装置的工作可以被概括成为工质从高温热源吸取热能，将其中的一部分转化为机械能而作功，并把余下的另一部分传给低温热源的过程。 1.2.3 热力系统 在分析热力现象时，根据所研究的问题的需要，选取某一定范围内的物体作为研究对象。这种被人为指定的作为研究对象的物体称为热力系统，简称系统。系统之外的物体称为外界。系统与外界之间的分界面叫做边界。边界可以是实际存在的，也要以是假想的；可以是固定的，也可以是尺寸和形状变化的，或者是运动着的。例如当取汽轮机中的工质(蒸汽)作为热力系统时，工质和汽缸之间存在着实际的边界，而进口前后或出口前后的工质之间却并无实际的边界，此外可人为地设想一个边界把系