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1、第2章水蒸气及其动力循环第1页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用 一、水的饱和温度及饱和压力 在在一一定定的的条条件件下下，水水的的液液、汽汽两两种种相相态态是是可可以以相相互互转变的。转变的。饱饱和和状状态态是是指指汽汽液液两两相相分分子子都都不不再再增增加加或或减减少少的的状状态态。处处于于饱饱和和状状态态时时的的系系统统压压力力、温温度度称称为为饱饱和和压压力力和和饱饱和和温温度度。饱饱和和压压力力和和饱饱和和温温度度不不是是相相互互独独立的两个状态参数，但具有一定的函数关系。立的两个状态参数，但具有一定的函数关系。第2页，共25页，编辑于2022年
2、，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用 一定的饱和温度对应一定的饱和压力。一定的饱和温度对应一定的饱和压力。处于饱和状态下的液体和蒸汽分别称处于饱和状态下的液体和蒸汽分别称为饱和水和饱和蒸汽，二者的混合物称为饱和水和饱和蒸汽，二者的混合物称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。第3页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用二、水蒸气的定压形成过程第4页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用 问题：为什么要讨论定压状态下的水蒸汽问题：为什么要讨论定压状态下的水蒸汽的形成呢？的形成呢？蒸气作为火电厂中热变功的工质
3、，是在专门的蒸汽产生设备蒸气作为火电厂中热变功的工质，是在专门的蒸汽产生设备锅炉中定压或接近定压下产生的。锅炉中定压或接近定压下产生的。第5页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用 当水温随着加热逐渐提高时，其比容增大很小。水温达到一定压力下的饱和温度，水沸腾，但未产生蒸汽此时的水为饱和水。随着压力的增加，饱和水的温度也升高随着压力的增加，饱和水的温度也升高第6页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用 对饱和水继续加热，已达到沸腾的水开始汽化产生对饱和水继续加热，已达到沸腾的水开始汽化产生蒸汽，汽水两种共存状态称为的蒸汽，汽水
4、两种共存状态称为的湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽，如随着，如随着汽化的进行，湿蒸汽的比容随其干度值增大而迅速汽化的进行，湿蒸汽的比容随其干度值增大而迅速增大，但湿蒸汽的温度则仍然等于饱和温度不变，增大，但湿蒸汽的温度则仍然等于饱和温度不变，且在整个汽化过程中温度保持不变。且在整个汽化过程中温度保持不变。第7页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用 当湿蒸汽中的最后一滴水变成蒸汽，当湿蒸汽中的最后一滴水变成蒸汽，此时的蒸汽称为干饱和蒸汽，再对干饱和此时的蒸汽称为干饱和蒸汽，再对干饱和蒸汽加热，蒸汽的温度开始升高，比容继蒸汽加热，蒸汽的温度开始升高，比容继续增大。将这种温度
5、高于所承受压力下的续增大。将这种温度高于所承受压力下的饱和温度的蒸汽，称为过热蒸汽。饱和温度的蒸汽，称为过热蒸汽。第8页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用三个阶段：三个阶段：过冷水加热到饱和水的过冷水加热到饱和水的预热阶段预热阶段饱和水汽化变成干饱和蒸汽的饱和水汽化变成干饱和蒸汽的汽化阶段汽化阶段干饱和蒸汽加热成为过热蒸汽的干饱和蒸汽加热成为过热蒸汽的过热阶段过热阶段第9页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用第10页，共25页，编辑于2022年，星期一21水蒸气的定压形成过程及图表应用三、水蒸气图表及应用1.水蒸气表水蒸
6、气表 水水蒸蒸气气表表有有饱饱和和水水与与干干饱饱和和蒸蒸汽汽表表、未未饱饱和和水水与与过过热热蒸蒸汽汽表表两两种种。其其中中饱饱和和水水与与干干饱饱和和蒸蒸汽汽表表按按压压力力或或按按温温度度为为序序又分为两种编排形式表。又分为两种编排形式表。(见附表见附表I、附表、附表II、附表、附表III)第11页，共25页，编辑于2022年，星期一2-1水蒸气的定压形成过程及图表应用2水蒸气图水蒸气图(1)T-s图：水蒸气的T-s图它用于分析蒸汽的热力过程较为直观。(2)h-s图：根据水蒸气表中的数据绘制而成的平面曲线图h-s图中主要有定压线群和定温线群，在湿蒸汽区还有定干度线群。是计算定压吸热和绝热
7、膨胀做功等计算的重要工具。第12页，共25页，编辑于2022年，星期一2-2水蒸气的典型热力过程 一、换热器内的定压流动过程 换热器是工质与热源进行热量交换的热力设备，水在换热器内的流动换热，若不考虑流动阻力，均简化为定压流动换热过程。q=h2-h1电厂的锅炉、冷凝器及回热加热器等都属于换热器电厂的锅炉、冷凝器及回热加热器等都属于换热器第13页，共25页，编辑于2022年，星期一2-2水蒸气的典型热力过程二、汽轮机内的绝热流动过程二、汽轮机内的绝热流动过程 汽轮机汽缸壁的保温良好，忽略散热，可以认为工质在汽轮机汽缸壁的保温良好，忽略散热，可以认为工质在其内的流动是绝热流动过程，忽略其进出口的动
8、能差和势能其内的流动是绝热流动过程，忽略其进出口的动能差和势能差差,蒸汽在汽轮机对外所做的内功等于工质的焓降：蒸汽在汽轮机对外所做的内功等于工质的焓降：i=h2-h1 水泵也可以认为其做功过程是水泵也可以认为其做功过程是绝热过程，外界所做的功等于绝热过程，外界所做的功等于其焓升。其焓升。第14页，共25页，编辑于2022年，星期一2-2水蒸气的典型热力过程三、通过喷管的绝热流动三、通过喷管的绝热流动在在火火电电厂厂中中应应用用较较多多的的喷喷管管，是是一一种种使使流流体体速速度度得得以以提提高高的的热热力力设设备备。工工质质流流经经喷喷管管时时，压压力力和和焓焓值值降降低低，速速度度提提高高。
9、由由于于工工质质流流经经喷喷管管的的时时间间极极短短，故故可可认认为为工工质质在在喷喷管管内内的的流流动动是是不不对对外外散散热热的的绝绝热热流流动动过过程程，且且工工质质在在流流动动中中不不对对外外做做功功。其其焓焓值值降降低低转转变变为为动动能能增增加加，即即将将工工质质的的热热能能转转变变为为气气流流的的动能。动能。（c22-c12)/2=h1-h2第15页，共25页，编辑于2022年，星期一2-2水蒸气的典型热力过程四、绝热节流四、绝热节流 阀阀门门、孔孔板板处处的的局局部部阻阻力力使使程程中中工工质质来来不不及及对对外外散散热热，故故一一般般认认为为节节流流是是绝绝热热节节流流。节节
10、流流前前后后稳稳定定界界面面上上的的焓焓相相等等，但节流不是等焓过程。但节流不是等焓过程。h1=h2水蒸气节流后，其压力和温度降低、熵增大，水蒸气节流后，其压力和温度降低、熵增大，最终导致做功能力降低。最终导致做功能力降低。为什么？为什么？第16页，共25页，编辑于2022年，星期一2-3水蒸气动力循环 一、朗肯循环第17页，共25页，编辑于2022年，星期一23水蒸气动力循环朗肯循环是由以下四个过程构成的朗肯循环是由以下四个过程构成的(重点重点)1-2为过热蒸汽在汽轮机内的可逆绝热膨胀做功过程为过热蒸汽在汽轮机内的可逆绝热膨胀做功过程2-3为乏汽为乏汽(即汽轮机排汽即汽轮机排汽)向凝汽器向凝
11、汽器(冷源冷源)的可逆定压放热的完全的可逆定压放热的完全凝结过程；凝结过程；3-4为凝结水通过水泵的可逆绝热压缩过程为凝结水通过水泵的可逆绝热压缩过程4-5、5-6、6-1、为高压水在锅炉内定压预热、汽化、过热、为高压水在锅炉内定压预热、汽化、过热、成为过热蒸气。成为过热蒸气。第18页，共25页，编辑于2022年，星期一23水蒸气动力循环思考：1.朗肯循环和卡诺循环有何不同？2.朗肯循环的热效率如何求得？3.如何提高朗肯循环的热效率？第19页，共25页，编辑于2022年，星期一2-3水蒸气动力循环二、再热循环二、再热循环第20页，共25页，编辑于2022年，星期一23水蒸气动力循环 再热循环是
12、在郎肯循环的基础上，将做过功的蒸气从汽轮机的某一中间位置抽出，通过管道送回锅炉内的再热器，使之在加热到与过热器出口过热相同或稍高的温度，然后返回到汽轮机的中、低压缸继续膨胀做功。第21页，共25页，编辑于2022年，星期一2-3水蒸气动力循环 三、回热循环三、回热循环 回热循环是在郎肯循环的基础上，从回热循环是在郎肯循环的基础上，从汽轮机的某一中间位置抽出做过功的蒸汽轮机的某一中间位置抽出做过功的蒸气，送入回热加热器中用来加热凝汽器气，送入回热加热器中用来加热凝汽器来的凝结水，使锅炉的入水口温提高来的凝结水，使锅炉的入水口温提高。以。以提高锅炉的效率。提高锅炉的效率。第22页，共25页，编辑于2022年，星期一2-3水蒸气动力循环第23页，共25页，编辑于2022年，星期一2-3水蒸气动力循环 四、热电联产循环四、热电联产循环第24页，共25页，编辑于2022年，星期一再见!第25页，共25页，编辑于2022年，星期一