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第六章动力循环Power Cycles 概 述 热机：将热能转换为机械能的设备； 动力循环：热机中，通过工质的热力循环过程实现热能连续地转换为机械能，其工作循环称为动力循环； 根据工质的不同，动力循环可分为： 蒸汽动力循环（蒸汽机、蒸汽轮机）：外燃机（external combustion engine） 气体动力循环（活塞式、叶轮式）：内燃机（internal combustion engine） 研究重点 热能利用的经济性，即循环热效率； 分析影响循环热效率的各种因素，研究提高循环热效率的途径； 研究方法 简化：简化热机工作流程； 理想化：简单、典型的可逆过程和循环近似实际复杂的不可逆过程和循环。 6-1 活塞式内燃机循环 燃料直接在气缸里燃烧，燃烧产物作为工质推动活塞作功，再由连杆带动曲轴转动； 结构紧凑、重量轻、体积小、管理方便，是一种轻便、热效率高的热机； 根据燃料不同，分为汽油机、柴油机、煤气机等； 点火的方式不同分为点燃式和压燃式 一、活塞式内燃机实际循环的简化 空气标准假设(Air-standard Assumption) 循环工质为空气，且为定比热理想气体； 燃料燃烧过程简化为工质从高温热源吸热，排气过程简化为工质向低温热源放热； 循环中所有过程为内可逆过程。 二、活塞式内燃机的理想循环 对汽油机，认为燃烧过程定容，抽象为Otto循环； 对柴油机，认为燃烧过程定压，抽象为Diesel循环； 认为燃烧过程由定容、定压两部分组成，抽象出混合加热循环。 1.汽油机的理想循环—Otto循环 4冲程： 1-2 定熵压缩； 2-3 定容加热； 3-4 定熵膨胀(作功)； 4-1 定容放热。 2.柴油机的理想循环—Diesel循环 1-2 定熵压缩； 2-3 定压加热； 3-4 定熵膨胀(作功)； 4-1 定容放热。 3. 混合加热理想循环 1-2 定熵压缩； 2-3 定容加热； 3-4 定压加热； 4-5 定熵膨胀(作功)； 5-1 定容放热。 6-2 蒸汽动力循环 由锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵等主要热力设备组成的整套装置称为蒸汽动力装置; 我国已成批生产功率分别为200MW、300MW、600MW的锅炉、汽轮机和发电机组； 热力发电厂这样以水蒸气为工质的蒸汽动力装置工作循环称为蒸汽动力循环。 Gas Cooled Reactors (GCR) Uses carbon dioxide used as coolant. Graphite moderators allow use of natural uranium. Pressure Water Reactors (PWR) Refueling done with plant shutdown. Cooling done in steam generator outside the core. Boiling Water Reactor (BWR) Typically allows bulk boiling of water in the reactor. Control rods are inserted from the bottom. 核电站与火电厂的比较 共同点：蒸汽在膨胀机中膨胀做功；乏汽凝结后由水泵送回蒸汽发生器； 不同点：蒸汽发生器不同（火电站为锅炉，核电站为反应堆）；蒸汽初参数不同； 不考虑蒸汽发生的具体方式，循环的热力学分析方法相同。 一、朗肯（Rankine）循环 二、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 等效卡诺循环法 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 蒸汽初温的影响 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 蒸汽初压的影响 三、第二定律分析 讨论 炉内燃烧产物与水、汽间的大温差是造成系统有效能损失的主要原因，高达35.98%； 冷凝器中凝结放热占总加热量的54.26%，但有效能损失仅占2.22%； 汽轮机内部损失有效能占6.10%。 减少燃烧过程有效能损失为改进循环的主要着眼点。方法：燃气—蒸汽联合循环；提高蒸汽的初参数。 6-3 提高热效率的其他途径 一、再热循环 二、回热循环 缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 优点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器 使用 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发电厂一般为 4～8级。 三、热电联供循环 热电联供循环的评价 只采用热效率不够全面，能量利用系数 未考虑热和电的品位不同。背压式热电联供循环，K理论上将达到1，但实际上由于各种损失及泄漏，只有0.85左右。应同时使用两个指标评价。 6-4 新型动力循环 蒸汽电站提高电厂供电效率的措施 提高