热力学循环与热机课件.pptVIP

*************************************朗肯循环T-S图朗肯循环T-S图(温度-熵图)清晰地展示了工作流体在循环中的热力学状态变化。图中的闭合曲线表示完整的循环过程，其中横轴代表熵，纵轴代表温度。水的饱和曲线（钟形线）也在图上显示，其左侧为液相区，右侧为气相区，线上为两相混合区。循环过程包括：1→2：给水泵中的绝热压缩，在T-S图上几乎是垂直线，因为水的比容很小，熵变很小；2→3：锅炉中的等压加热，包括预热、蒸发和过热三个阶段，在T-S图上表现为向右上方的曲线；3→4：汽轮机中的绝热膨胀，在理想情况下是垂直向下的线；4→1：冷凝器中的等压等温冷却，在T-S图上表现为水平线。从T-S图可以直观看出，循环的净热输入（面积2→3→a→b→2）和净热输出（面积4→1→b→a→4）之差即为净功输出。提高蒸汽温度和压力，扩大循环在T-S图上的覆盖面积，可以增加循环效率。朗肯循环效率朗肯循环效率的计算考虑整个循环的热输入和功输出。理论效率可表示为η=(h?-h?-h?+h?)/(h?-h?)，其中h表示不同状态点的比焓值。主要影响效率的因素包括：蒸汽参数（温度和压力），温度升高和压力增加都能提高效率；冷凝温度，降低冷凝温度可提高效率；汽轮机效率，提高汽轮机内部效率可减少不可逆损失。现代电厂根据蒸汽参数分为亚临界、超临界和超超临界三类。超临界电厂的蒸汽压力超过水的临界压力(22.1MPa)，不存在明显的汽化过程，效率更高。未来先进超超临界电厂计划采用更高的蒸汽参数(35MPa/700°C以上)，预期效率可达47%以上，但需要开发耐高温高压的新材料。提高朗肯循环效率的方法再热再热技术是提高朗肯循环效率的重要方法。在这种设计中，蒸汽在高压汽轮机中部分膨胀后，返回锅炉中的再热器再次加热，然后进入中压汽轮机继续做功。再热可以增加循环的平均热输入温度，同时减少湿蒸汽对汽轮机末级叶片的侵蚀，提高系统效率和可靠性。现代电厂通常采用一级或两级再热。回热回热技术通过从汽轮机抽取部分蒸汽预热给水，提高给水进入锅炉的温度。这种设计减少了锅炉中的不可逆热传递，提高了循环效率。典型电厂使用6-8个给水加热器，形成阶梯式预热系统。回热不仅提高效率，还改善锅炉水循环，减少热应力，延长设备寿命。超临界技术超临界技术采用超过水临界点(22.1MPa,374°C)的蒸汽参数。在超临界状态下，水与蒸汽没有明显界限，工作流体直接从液态转变为超临界流体，避免了常规汽化过程中的温度滞后，减少了不可逆损失。超临界和超超临界技术要求使用特殊的高温高压材料，是当前热力发电技术的前沿方向。制冷循环逆卡诺循环逆卡诺循环是理论上最高效的制冷循环，它与卡诺热机循环方向相反。循环包括两个等温过程和两个绝热过程：低温等温吸热、绝热压缩、高温等温放热和绝热膨胀。理论上，逆卡诺循环的制冷系数为COP=T?/(T?-T?)，其中T?是低温热源温度，T?是高温热源温度。逆卡诺循环虽然效率最高，但实际实现非常困难，因为等温压缩和膨胀过程难以实现，需要复杂的热交换机制。因此，逆卡诺循环主要作为理论基准，用于评估实际制冷循环的性能。蒸气压缩循环蒸气压缩循环是最常用的实际制冷循环，广泛应用于家用冰箱、空调和工业制冷。循环使用制冷剂（如R134a、R410A等）作为工作流体，通过相变（液体→气体→液体）实现热量传递。循环包括四个基本过程：蒸发器中的等压蒸发（吸热）；压缩机中的绝热压缩；冷凝器中的等压冷凝（放热）；节流阀中的绝热节流膨胀。与逆卡诺循环相比，蒸气压缩循环效率较低，但结构简单，可靠性高，成本低，是目前应用最广泛的制冷技术。制冷系数通常为2-4，取决于温度差和系统设计。制冷系数1制冷系数定义从低温热源吸收热量与输入功的比值2计算公式COP=Q?/W=Q?/(Q?-Q?)3与热机效率关系COP=1/(η?1-1)，其中η为对应热机效率制冷系数(COP)是衡量制冷系统效率的关键指标，定义为系统从低温环境中移除的热量(Q?)与输入的功(W)之比。与热机效率不同，COP通常大于1，因为制冷系统不是将热能转化为功，而是使用功将热量从低温环境转移到高温环境。COP越高，表示系统效率越高，每单位输入功能够移除更多热量。理想逆卡诺循环的COP=T?/(T?-T?)，仅取决于低温热源温度(T?)和高温热源温度(T?)。这一表达式表明，当两个热源温差小时，COP较高；温差增大，COP降低。这解释了为什么在炎热夏季，空调效率下降。实际制冷系统的COP受到多种不可逆因素影响，通常远低于理想值。现代高效家用空调的COP约为3-5，工业制冷系统略