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7 10 : 解： 1、先分析 : 据质量守恒，qm = → A2 = Ac f c f ,2 Ac f v = A2 c f , 2 v2 = const

1 v 2 Ac f p κ × = ×( ) v c f ,2 p2

涉及到4个未知量： x截面上的p、c f , 出口截面上的p2、c f,。 2 2.求截面x处(2.6 × 10 3 m 2)的p, c f : 参考教材P 247 2kR g Ma = cf c = (T0 T ) k 1 = kR g T 2(T0 T ) =0.6 T ( k 1)

从上式解出T = T p = p0 T 0 κ κ 1

2T0 2 × 350 = = 326.5K 0.36 × ( k 1) + 2 0.36 × (1.4 1) + 21 .4 1.4 1

326.50 K = 0.65Mpa 350 K

= 0.510 Mpa

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cf= =

2 ( h0 h ) =

2 c p (T0 T )

2 × 1005 J ( kg K ) × ( 350 326 . 5) K = 217 .34 × m s

3 .再求截面 2处的 p 2 , c f , 2 p cr = ν cr p 0 = 0 . 528 × 0 .65 Mp a = 0 .3432 Mp a f p b = 0 .28 Mp a ∴ p 2 = p cr = 0 .3432 Mp a , 出口截面状态为临界状 c f 2 = c f ,cr = 4 .求 A2 A2 = Ac f cf2 p κ 2 . 6 × 10 3 × 217 .34 0 .510 1.4 ×( ) = ×( ) = 2 .19 × 10 3 m 2 p2 342 . 55 0 . 34321 1

态，

2κ R g T0 = κ +1

2 × 1 .4 × 287 × 350 = 342 .55 m s (教材 P 248 ) 1 .4 + 1

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第十章

蒸汽动力装置循环

第一节 水蒸汽作为工质的卡诺循环 基本蒸汽动力装置理想循环— 第二节 基本蒸汽动力装置理想循环— 朗肯循环 第三节 再热循环与回热循环

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蒸汽及蒸汽动力装置 (steam power plant)(1)蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19 )蒸汽是历史上最早广泛使用的工质， 世纪后期蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞 世纪后期蒸汽动力装置的大量使用， 速发展，促使资本主义诞生。 速发展，促使资本主义诞生。 电力， (2)目前世界 )目前世界75%电力，国内 电力 国内78%电力来自火 电力来自火 电厂，绝大部分来自蒸汽动力。 电厂，绝大部分来自蒸汽动力。 蒸汽动力装置可利用各种燃料。 (3 )蒸汽动力装置可利用各种燃料。 (4)蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。 )蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。

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第一节

水蒸汽作为工质的卡诺循环

1.汽水混合物压缩过程 难以实现。 汽水混合物压缩过程c-5难以实现 汽水混合物压缩过程 难以实现。 2.循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度(647.3K), 循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度( 循环局限于饱和区 ), 效率不高。 效率不高。 3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。 膨胀末期水分过多，不利于动力机。 膨胀末期水分过多

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第二节

基本蒸汽动力装置的理想循环——朗肯循环 基本蒸汽动力装置的理想循环 朗肯循环

一、朗肯循环及其工作过程

简单蒸汽动力装置 的主要热力设备： 的主要热力设备：蒸汽 锅炉、汽轮机、 锅炉、汽轮机、冷凝器 和给水泵。 和给水泵。

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卡诺与朗肯的比较

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蒸汽

动力装置的工作循环可以 理想化为由两个可逆定压过程和两 个可逆绝热过程组成的理想循环。 个可逆绝热过程组成的理想循环。 定压吸热过程， 即：0-1—定压吸热过程， 定压吸热过程 绝热膨胀过程， 1-2—绝热膨胀过程， 绝热膨胀过程 定压放热过程， 2-3—定压放热过程， 定压放热过程 绝热加压过程。 3-0—绝热加压过程。 绝热加压过程 该循环称为朗肯循环 也称为简单蒸汽动力装置循环。 朗肯循环， 该循环称为朗肯循环，也称为简单蒸汽动力装置循环。

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二、朗肯循环热效率分析循环工质吸热 循环工质吸热 工质放热 汽轮机所作轴功 水泵耗功 q1=h1-h0q 2 = h2 h3

(ws,T)1-2=h1-h2( ws, p ) 3 0 = h0 h3

循环净功 w0 = ( ws,T ) 1 2 ( ws, p ) 3 0 = (h1 h2 ) (h0 h3 )

朗肯循环热效率

w0 (h1 h2 ) (h0 h3 ) = ηt = q1 h1 h0

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朗肯循环热效率w0 (h1 h2 ) (h0 h3 ) ηt = = q1 h1 h0

水泵耗功很少，约占汽轮机轴功的2%,可忽略，即认为 可忽略， 水泵耗功很少，( ws, p ) 3 0 = h0 h3 ≈ 0

则朗肯循环的热效率可近似地表示为

ηt =

( ws,T )1 2 q1

h1 h2 h1 h2 = = h1 h3 h1 h2′

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例：某远洋船的汽轮机按朗肯循环用过热蒸汽工作，蒸汽的初 某远洋船的汽轮机按朗肯循环用过热蒸汽工作， 始参数为： =5Mpa, =440℃, 始参数为： p1=5Mpa,t1=440℃,冷凝器中的蒸汽压力 p2=0.005Mpa,试求循环热效率。 =0.005Mpa,试求循环热效率。 根据p 解 根据 1=5Mpa,t1=440℃, ℃ h 由水蒸气h-s图中找到点 ， 由水蒸气 图中找到点1, 图中找到点 查得h 查得 1=3293.2kJ/kg。 h2=2069.2kJ/kg p2=0.005Mpa查饱和水蒸气表得 h 查饱和水蒸气表得 2 h2′=137.77 kJ/kg2 p2 x=1h1

1

p1

t1

h1 h2 3293.2 2069.2 ηt = = = 0.3879 h1 h2′ 3293.2 137.77

s

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三、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响

h1 h2 ηt = h1 h2′ 其中：h1 = f ( p1 , t1 ) h2 = f ( p2 ) h(h3) f ( p2 ) = 2′ 所以：ηt = f ( p1 , t1 , p2 )

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1.初温 1.初温t1对热效率的影响

t1 ↑ → T m 1↑ → η t ↑

提高初温还能提高绝热膨胀终 点的干度。 点的干度。提高初温要受到金 属耐热性能的限制， 属耐热性能的限制，目前初温 的高限在600℃左右。 的高限在 ℃左右。

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2.初压p1对热效率的影响

p1 ↑ → T m 1↑→ ηt ↑

提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。因为提高初温能 提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。 提高废汽的干度,所以提高初压和提高初温应同步进行。 提高废汽的干度,所以提高初压和提高初温应同步进行。

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干度下降这会引起汽 干度下降这会引起汽 轮机内部的耗散增加 耗散增加。 轮机内部的耗散增加。 特别是干度较低

而水 分过多时， 分过多时，由于水滴 的冲击， 的冲击，汽轮机叶片 的表面受破坏， 的表面受破坏，甚至 引起叶片振动， 引起叶片振动，影响 叶片的使用寿命。 叶片的使用寿命。

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3.终压 对热效率的影响 3.终压 p2 对热效率的影响 p2 ↓ → Tm2 ↓ → ηt ↑

终压p 对应的饱和压力)的降低受到环境压力的限制 的降低受到环境压力的限制。 终压 2(t2对应的饱和压力 的降低受到环境压力的限制。对于 汽轮机动力装置,终压的范围为 汽轮机动力装置 终压的范围为p2=0.003-0.004MPa。 。

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四、 汽耗率汽耗率也是衡量蒸汽动力装置工作好坏的重要 经济指标之一。 表示每产生1 经济指标之一。汽耗率d表示每产生1千瓦小时的功 等于3600kJ 需要消耗多少kg的蒸汽。 3600kJ) kg的蒸汽 (等于3600kJ)需要消耗多少kg的蒸汽。 1kg蒸汽在一个循环中所作的功为 kg蒸汽在一个循环中所作的功为

w = h1 h21:h1 h2 = d: 3600 3600 于是：d = h1 h2

3600 d= h1 h2

kg /( kW h)

h1 h2 = ηt (h1 h2′ )3600 d= ηt ( h1 h2′ ) kg /(kW h )

随热效率η 的提高而降低。 汽耗率d随热效率 t 的提高而降低。

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第三节 再热循环与回热循环一、再热循环

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问题！ 问题！初压p1对热效率的影响 p1 ↑ → ηt ↑

提高初压使得干度x ↓, 从x 2′ → x 2 , 乏汽中所含 的水分 ↑ 。这是不利的。 如何解决这个问题？ 再热循环

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工作过程： 工作过程：当蒸汽在汽轮机的高 压汽缸中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 送至再热器重新加热， 送至再热器重新加热，使蒸汽的温度 再次达到较高的温度， 再次达到较高的温度，然后送回汽轮 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 采用再热措施的理想循环称为再热 采用再热措施的理想循环称为再热 循环。 循环。