1、实施热力过程的目的：实施热力过程的目的：2、达到预期的状态变化、达到预期的状态变化，如：定压吸热过程（锅炉：水的焓定压吸热过程（锅炉：水的焓，液，液汽，获作功能力）汽，获作功能力）定压放热过程（凝气器：乏汽焓定压放热过程（凝气器：乏汽焓，汽，汽液，便于泵送）液，便于泵送）1、实现预期的能量转换、实现预期的能量转换，如：绝热膨胀过程（热机：绝热膨胀过程（热机：Q W；喷管：；喷管：Q c）绝热压缩过程（压缩机：绝热压缩过程（压缩机：W p；泵：；泵：W p）研究热力过程的目的：研究热力过程的目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转化情况，进而找出
2、影响转化的主要因素。化情况，进而找出影响转化的主要因素。研究热力过程的一般方法研究热力过程的一般方法 根据实际过程的特点，将实际过程近似地概根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：括为几种典型过程：定容、定压、定温和绝热定容、定压、定温和绝热过程过程。不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆可逆过程。过程。工质视为工质视为理想气体理想气体 比热容取定值比热容取定值实际过程是一个复杂过程，很难确定其变实际过程是一个复杂过程，很难确定其变化规律。为简化分析，假设：化规律。为简化分析，假设：分析热力过程的一般步骤分析热力过程的一般步骤 确定过程方程确定
3、过程方程 p=f(v)确定初态、终态参数的关系及热力学确定初态、终态参数的关系及热力学能、焓、熵的变化量能、焓、熵的变化量 确定过程中系统与外界交换的能量确定过程中系统与外界交换的能量 在在p-v图和图和T-s图画出过程曲线，直观地图画出过程曲线，直观地表达过程中工质状态参数的变化规律及表达过程中工质状态参数的变化规律及能量转换能量转换过程分析：过程分析：1.过程方程过程方程2.初、终态参数关系，初、终态参数关系，u、h、s3.系统与外界交换的能量系统与外界交换的能量 Q、W、Wt4.过程的过程的p-v图和图和T-s图图RTpv Rccvpvpcck wduqtwdhqpdvw vdpwtTq
4、dsdTcduvdTcdhp典型热力过程：典型热力过程：定容、定压、定温、绝热过程。定容、定压、定温、绝热过程。假设：假设：理想气体、可逆过程、定值比热容理想气体、可逆过程、定值比热容基本公式：基本公式：vppvdTdvdTdpdvdpdscRcRccTvTpvp一、定容过程一、定容过程.0constvdv1、过程方程、过程方程2.初、终态参数的关系初、终态参数的关系121212,.TTppvvTRpvconstvg121212121212lnlnlnln)()(ppcTTcvvRTTcsTTchTTcuVVgVvpV3.能量转换能量转换)(012122121ppvvdpwuuuwuqpdvw
5、pptvvv0dv4.p-v图和图和T-s图图VVVvcTdsdTTdTcds二、定压过程二、定压过程1.过程方程过程方程.0constpdp2.初、终态参数的关系初、终态参数的关系121212,.TTvvppTRpvconstpg121212121212lnlnlnln)()(vvcTTcppRTTcsTTchTTcuppgpppV3.能量转换能量转换1212)(02121hhhwhqvvppdvwvdpwtvvvppt0dp 4.p-v图和图和T-s图图ppppcTdsdTTdTcds定定v 线比定线比定p 线陡线陡Why?VVcTdsdT定定v：1.过程方程过程方程.0constpvTR
6、pvconstTdTg2.初、终态参数的关系初、终态参数的关系211212,.ppvvTTconstpvconstT121212121212lnlnlnln0)(0)(vvRppRppRTTcsTTchTTcugggpTpV3.能量转换能量转换wwppvpvvvpvvTRdvvTRpdvwwwhwwuqpvddTtgvvgvvttT1211121112lnlnln0)(02121 4.p-v 图和图和T-s 图图vpdvdpconstpvT.Tqdsrev可逆的绝热过程是定熵过程可逆的绝热过程是定熵过程可逆过程：可逆过程：ds=0绝热过程：绝热过程：q=01.过程方程过程方程0pdpcvdvc
7、dsVp 即：定熵过程方程为指数方程即：定熵过程方程为指数方程0pdpvdvk.constpvkVpcck.2211constpvvpvpkkk2.初、终态参数的关系初、终态参数的关系RTpvconstpvk.0)()(1212sTTchTTcupVkkkkppTTvvTTvvpp112121211221123.能量转换能量转换)(1)(1)()(11)(11)(022112121221121212121vpvpkkTTRkkkwTTcwvpvpkTTRkTTcwhhhwuuuwwhqwuqqgptgVttrevrevrevvpkdvdpS.constpvk绝热线比定绝热线比定T 线陡线陡Wh
8、y?4.p-v图和图和T-s图图vpdvdpT定定T：四种典型热力过程四种典型热力过程 p-v 图和图和T-s 图图STSTdvdpdvdpvpkdvdpvpdvdpVpVVppdsdTdsdTcTdsdTcTdsdT例例1分析分析 安全阀起跳前：安全阀起跳前：定定v；起跳后：起跳后：定定pV=0.15m3p1=0.55MPat=38,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285,m3定定v定定p定定v：T2/T1=p2/p1T2=396 K=123 氧气储罐上安全阀起跳压力氧气储罐上安全阀起跳压力为为0.7MPa,问：加热到问：加热到
9、285 时，加入的时，加入的Q=？判断安全阀是否起跳：判断安全阀是否起跳：V=0.15m3p1=0.55MPat1=38方法方法1：假设没有起跳，假设没有起跳，p：0.550.7，看，看t 能否达到能否达到285定定v：T2/T1=p2/p1 p2=0.987MPa方法方法2：假设没有起跳，假设没有起跳，T：38285，看，看p是否大于是否大于0.7MPaV=0.15m3p1=0.55MPat=38,m1V=0.15m3p2=0.7MPat2=123,m1V=0.15m3p3=0.7MPat3=285,m3定定v定定p（1）定）定v：T2/T1=P2/P1T2=396 K=123Qv=m1 C
10、v(T2-T1)=56.3kJ（2）定）定p：变质量，写出：变质量，写出 Qp的微分式：的微分式：dTmcQpp32232TTpTTppdTcRTVpdTmcQ=126.2kJ需加热量：需加热量：Q=Qv+Qp=56.3+126.2=182.5 kJ例例2：1kg空气：空气：t1=100、p1=2bar；t3=0、p3=1bar，其中，其中1-2为不可逆绝热为不可逆绝热膨胀过程，其熵变为膨胀过程，其熵变为0.1kJ/kgK，2-3为可逆定压为可逆定压放热过程，放热过程，求：求：1）s123 ；2）q12312pv3232323lnlnppRTTcsp分析分析：理想气体、定比热容理想气体、定比热
11、容1）求）求 s123，s12已知，要求已知，要求 s23要求要求T2121212lnlnppRTTcspT2可由可由求出求出2）q123=+q12+q23 0wduqtwdhq可逆定压可逆定压02323TTchpdTcdhp)1(kRcvpdvduwduqdTcduv证证Tqds可逆：可逆：RTbvp)()(bvRTp)()(bvbvdRTdTcdsv例例3：某气体的状态方程为某气体的状态方程为p(v-b)=RT，热力学能，热力学能u=cvT+u0，其中，其中cv、u0为常数。试证明在为常数。试证明在可逆绝热可逆绝热过过程中该气体满足下列方程式：程中该气体满足下列方程式：可逆绝热：可逆绝热：
12、ds=0kbvp定值)(kbvp定值)(dvTpTduds例例4：将理想气体在可逆绝热过程中所作技术功的：将理想气体在可逆绝热过程中所作技术功的大小，表示在大小，表示在T-s图上。图上。)(21TTcwpt分析分析：绝热过程技术功：绝热过程技术功：)(21TTcp21 q面积1ba21122baTS.constpvn 工程实际中有些热力过程，工程实际中有些热力过程，p、v、T有明显变化，有明显变化，且系统与外界交换的且系统与外界交换的Q不可忽略。则不能用上述不可忽略。则不能用上述4种种基本热力过程来描述。基本热力过程来描述。实验发现，这种过程实验发现，这种过程 p、v 的关系依然保持近的关系依
13、然保持近似的指数函数似的指数函数,因此提出了一种具有广泛代表性因此提出了一种具有广泛代表性的过程的过程-多变过程，其过程方程为：多变过程，其过程方程为：n-多变指数，多变指数，ntd）吸湿能力增大,ht吸湿能力减弱,ht0dtd露点露点d继续冷却到继续冷却到 =100%：露点露点 含湿量值相同、状态不同的湿空气，具有相同的含湿量值相同、状态不同的湿空气，具有相同的露点。露点。喷水加湿喷水加湿1-2：21211000)(hhddhw tw查取方法：定查取方法：定h线与线与 =100%线交点处的温度值线交点处的温度值结果结果：（：（1）d、t(2)h1h2绝热加湿近似为绝热加湿近似为定定h过程过程
14、 h值相同、状态不同的湿空气，具有相同的湿球温度值相同、状态不同的湿空气，具有相同的湿球温度tw(2)凝水量：凝水量：21ddd22d2d1h2湿空气：湿空气：(t1、1)t2 冷却冷却(1)过程曲线过程曲线32321313ddhhddhh123aaammm空调工程常用方法空调工程常用方法1 1223 3aaam dm dm d1 12233aaam hm hm h作作 业业P113：思考题：思考题 58P113：习题习题 5节流：节流：流体流经截面突缩的孔口时压力下流体流经截面突缩的孔口时压力下降的现象。降的现象。原因原因(机理机理)：热力学、流体力学热力学、流体力学 节流过程不可逆节流过程
15、不可逆12ss 节流前后流体的焓不变节流前后流体的焓不变12hh 节流后压力下降、比体积增大节流后压力下降、比体积增大1212vvpp绝热节流过程为定焓过程？绝热节流过程为定焓过程？swzgchq221000012TT理想气体理想气体孔口附近，动能不可忽略：孔口附近，动能不可忽略：const22ch焦耳焦耳-汤姆逊效应（汤姆逊效应（1852年年）：）：绝热节流后流体的温绝热节流后流体的温度发生变化。也称为度发生变化。也称为“节流温度效应节流温度效应”对于理想气体：对于理想气体：)(Tfh 多数气体的多数气体的T；少数气体如；少数气体如H2、He的的T节流后，节流后，p12hh节流前、后：节流前
16、、后：12TT节流系数节流系数(焦焦-汤系数汤系数):0JT：hJpT 因为节流过程压力下降，即因为节流过程压力下降，即 dp 0T：0JT不变：不变：0J微元压降导致的温度变化微元压降导致的温度变化有限压降导致的温度变化有限压降导致的温度变化ppcvTvT2112ppJdpTTT回转温度（回转温度（inversion temperature）：）：hJpT0ppcvTvT节流微分效应节流微分效应 J=0 时的气体温度，时的气体温度，Ti0vTvTp例：范德瓦尔气体状态方程：例：范德瓦尔气体状态方程：Ti2 vabvRTp032 22ipRaTRbaTi回转曲线：将回转曲线：将T-p图分为两区
17、图分为两区 不不存在冷效应存在冷效应min,imax,iTTTT或冷效应区冷效应区:微元微元dp、有限、有限 p,T均均const hmax,i Tmin,i T p)0(J)0(J)0(J1 p2 p热热效应区效应区:微元微元dp:T、一定的、一定的 p:T但压降大到一定程度后，但压降大到一定程度后，T+状态方程状态方程压力、流量（功率）调节压力、流量（功率）调节-各类阀门各类阀门制冷：普冷、低温工程制冷：普冷、低温工程-热力膨胀阀、节流阀热力膨胀阀、节流阀计量：孔板流量计、饱和水蒸汽干度测量计量：孔板流量计、饱和水蒸汽干度测量导出实际气体状态方程导出实际气体状态方程引引 言言压气机：压气机
18、：消耗外功使气体压缩升压的机器消耗外功使气体压缩升压的机器（1 1）按产气压力分）按产气压力分压气机分类：压气机分类：通风机通风机（115 kPa115 kPa）鼓风机鼓风机（115115 300 kPa）压气机压气机（300 kPa300 kPa）（2 2）按结构分）按结构分活塞式活塞式叶轮式叶轮式离心式离心式轴流式轴流式（1）理想情况：）理想情况：排气结束：活塞运动到左止排气结束：活塞运动到左止点，将汽缸中的气体排尽。点，将汽缸中的气体排尽。1234Vp进气阀进气阀排气阀排气阀吸气吸气压缩压缩排气排气左止点左止点右止点右止点忽略动能差、位能差：忽略动能差、位能差：twhq压缩机的功耗近似为
19、技术功压缩机的功耗近似为技术功近似为稳流开口系：近似为稳流开口系：stwzgcw221tsww 最大容积：最大容积：V1汽缸行程容积：汽缸行程容积：Vh V1 V3有效进气容积：有效进气容积：Ve V1 V4余隙容积：余隙容积：Vc工作过程：工作过程：4-1：吸气：吸气 1-2：压缩：压缩 2-3：排汽：排汽 3-4：膨胀：膨胀余隙容积余隙容积:防止活塞与汽防止活塞与汽缸盖撞击、便于安排进、缸盖撞击、便于安排进、排气阀等。排气阀等。Vc左止点左止点右止点右止点Ve二、压气功的计算二、压气功的计算设压缩、膨胀为多变过程。设压缩、膨胀为多变过程。)(1 1)1(1211nnppVpnn)(1 1)
20、1(121nnppmRTnn)(12211VpVpnnWt1、理想压气功、理想压气功1234Vp2 2、有、有余隙余隙的的压气功压气功等于等于1-2压缩功与压缩功与3-4 膨胀功之差。膨胀功之差。)(1 1)1(12411nntppVVpnnW)(1 1)1(121nneppVpnn)(1 1)1(121nneppRTmnn有有余隙余隙时功耗下降？时功耗下降？Ve3、压气机功率：、压气机功率：设吸入状态下体积流量为设吸入状态下体积流量为qve，则，则压气机功率为：压气机功率为：)(1 1)1(121nneVtppqpnnN)(1 1)1(121nntppRTnnw压缩压缩1kg1kg气体的功耗
21、：气体的功耗：)(1 1)1(121nntppRTnnw压缩压缩1kg1kg气体的功耗：气体的功耗：)(1 1)1(121nntppmRTnnW1、理想压气功、理想压气功:2 2、有、有余隙余隙的的压气功压气功:)(1 1)1(121nnetppRTmnnW相相同同wt相同相同,为何有余隙时为何有余隙时Wt？原因：原因：吸气量吸气量由于余隙容积的存在，有效吸气容积由于余隙容积的存在，有效吸气容积V1V4 总是小于行程容总是小于行程容积积Vh，Vh不能充分利用。其比值定义为容积效率不能充分利用。其比值定义为容积效率V h41VVVVh3431)()(VVVVV 1)(1 1)(1112112h3
22、nnppppVVp2/p1 V，可使，可使V=0。单级压缩。单级压缩p2/p1 一般为一般为8，需要更高压力时，应采用多级压缩。需要更高压力时，应采用多级压缩。nppVV11234)(Vc相对余隙容积：相对余隙容积：=Vc/Vh ，=0.030.08VhVc四、压气机汽缸冷却的作用四、压气机汽缸冷却的作用sT12sp1p22n2T压缩过程三种情况：压缩过程三种情况：绝热、定温和多变压缩。绝热、定温和多变压缩。nnppTT)1(1212)(压缩过程会使气体温度升高：压缩过程会使气体温度升高：定温压缩功耗最少定温压缩功耗最少!汽缸为什么要冷却？汽缸为什么要冷却？2、减少功耗。减少功耗。1、避免压缩
23、机润滑油因高温而氧化变质（压、避免压缩机润滑油因高温而氧化变质（压缩机油氧化温度缩机油氧化温度130）3、有利于延长材料寿命、有利于延长材料寿命 1 1、为什么要采用多级压缩？、为什么要采用多级压缩？2、为什么要采用级间冷却？、为什么要采用级间冷却？sT12ab为了获得较高容积效率。单级压缩为了获得较高容积效率。单级压缩p2/p1 应8。需要更高压。需要更高压力时，采用多级压缩，使每级气缸的增压比不会过高，以得力时，采用多级压缩，使每级气缸的增压比不会过高，以得到较高的容积效率。到较高的容积效率。降低压缩过程中气体的温度。使：降低压缩过程中气体的温度。使：(1)安全。材料、润滑油不安全。材料、
24、润滑油不能能超温；（超温；（2）压气机功耗）压气机功耗（p-V图中阴影面积图中阴影面积)。ab定温线定温线222中间压力对耗功的影响中间压力对耗功的影响 设两级压气机中间压力为设两级压气机中间压力为pa，两级气缸中压缩，两级气缸中压缩过程的多变指数相同，功耗为：过程的多变指数相同，功耗为：)(1 1)1(11nnatppmRTnnW)(1 1)1(2nnabppmRTnn设气体在中冷器得到充分冷却，即设气体在中冷器得到充分冷却，即TbT1，则上式为，则上式为 )()(21)1(2)1(11nnannaetppppVpnnW1221ppppppaa对上式其求极值：对上式其求极值：得功耗的为极小值
25、时的压得功耗的为极小值时的压力比力比-最佳压力比：最佳压力比：0atdpdW1 1)1(1nneiVpnnW每级耗功为：每级耗功为：z 级总耗功为：级总耗功为：1 1)1(1nneiVpnznzWW对于对于z 级压缩：级压缩：zzpp11如：如：3级压缩，将空气从级压缩，将空气从0.1MPa压缩到压缩到2.7MPa。求最佳压比及中间压力。求最佳压比及中间压力。最佳压比：最佳压比：31.07.23111zzpp一级出口压力：一级出口压力：MPa3.01.0312pp二级出口压力：二级出口压力：MPa9.03.0323pp散热量散热量：1、汽缸夹套冷却带走的热量、汽缸夹套冷却带走的热量Qn2、级间
26、冷却器带走的热量、级间冷却器带走的热量Qp124Vp356781、夹套、夹套散热量散热量Qn若采用最佳中间压比、间冷若采用最佳中间压比、间冷器完全回冷（器完全回冷（T3=T1），则），则两级夹套两级夹套散热量相等：散热量相等：)(21121tnnnWHQQQ1122)(2tpWTTmc2、间冷器带走的热量、间冷器带走的热量Qp)(23TTmcQpp压缩机总散热量：压缩机总散热量：pnQQQ例例两级活塞式压缩机，两级活塞式压缩机，p1=0.1MPa,t1=27,压缩到压缩到p4=6.4 MPa。可逆且两级。可逆且两级n=1.2，对外供压缩气，对外供压缩气4m3/h，求求:(1)最佳中间压力；最佳
27、中间压力；(2)总功耗；总功耗；(3)总散热量总散热量解解124Vp35678(1)最佳中间压力最佳中间压力814ppMPa8.04112pppp(2)总功耗总功耗124Vp35678timwqP1 12)1(33nnVpnnnnppTTVpVp)1(34343344)(112)1(44nnVpnnPkW251 12)1(11nnVpnn(3)总散热量总散热量KppTTnn3.424)()1(3434K30013TT空气质量流量：空气质量流量：kg/h2.210444RTVpqm多变压缩过程的热量（夹套多变压缩过程的热量（夹套散热量）散热量）Qn：)(211tnWHQJ/h105.37)(26
28、12PTTqcmp间冷器带走的热量间冷器带走的热量Qp：J/h102.26)(623TTmcQpp总散热量：总散热量：J/h107.636pnQQQ124Vp35678P113：习题：习题111、什么是锅炉？、什么是锅炉？锅炉锅炉:是一种将电能或是一种将电能或燃料的化学能转化为热能，再将燃料的化学能转化为热能，再将热能传递给水，以生产热水或蒸汽的热工设备。热能传递给水，以生产热水或蒸汽的热工设备。锅炉锅炉分类（按用途）：分类（按用途）：工业锅炉：工业锅炉：供热（生产中的各类工艺加热、生活中的采暖、供热（生产中的各类工艺加热、生活中的采暖、空调、食品蒸煮、洗浴等。通常低参数、小容量。空调、食品蒸
29、煮、洗浴等。通常低参数、小容量。动力锅炉：动力锅炉：发电、舰船动力。高压、高温、大容量发电、舰船动力。高压、高温、大容量开封135t流化床2、锅炉的构造、锅炉的构造与工作过程与工作过程送风机送风机空气：送风机空气：送风机 空预器空预器 炉排炉排煤：炉前煤斗煤：炉前煤斗炉排炉排灰灰坑坑煤仓煤仓灰渣灰渣供汽供汽水汽：水水汽：水汽水混合物汽水混合物汽汽烟气：烟气：炉膛炉膛引风机引风机给水泵给水泵锅炉房设备组成锅炉房设备组成3、水蒸汽生产的热力过程、水蒸汽生产的热力过程水的定压汽化过程：水的定压汽化过程：预热过程（预热过程（ab）：未饱和水）：未饱和水饱和水饱和水汽化过程（汽化过程（bd）：饱和水）：
30、饱和水干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热过程（过热过程（de）：干饱和蒸汽）：干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽（2）锅炉的热效率锅炉的热效率 11qQQrgl)(165432qqqqqgl正平衡：正平衡：反平衡：反平衡：（1）热平衡组成）热平衡组成4、锅炉的热平衡、锅炉的热平衡rq1q5q3qfh4qlm4qhz4q2q654321qqqqqqqrqr每公斤燃料带入锅炉的热量每公斤燃料带入锅炉的热量q1锅炉有效利用热量锅炉有效利用热量q2排烟热损失排烟热损失q3气体不完全燃烧热损失气体不完全燃烧热损失q4固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失q5锅炉散热损失锅炉散热损失q6灰渣物理热损失及其它热损失灰渣物理
31、热损失及其它热损失实际应用广泛实际应用广泛热能热能动能动能长征三号丙长征三号丙常数vAcvcAvcAm2221110vdvcdcAdAswzgchq221c2c1A2A1v2v1h2h假设：一元、稳流、可逆绝热流动假设：一元、稳流、可逆绝热流动连续方程连续方程:能量方程：能量方程：常数22ch0cdcdh过程方程过程方程:常数kkkpvvpvp22110vdvkpdp声速方程声速方程:ssvpvpa)()(2kRTkpvaconstkpv马赫数马赫数：气体的流速与当地声速的比值：气体的流速与当地声速的比值:acMa Ma1 亚声速流动亚声速流动Ma1 声速流动（气流速度等于当地声速）声速流动（
32、气流速度等于当地声速）Ma1 超声速流动超声速流动0.8 Ma 1.2 跨声速流动跨声速流动0000cdcdhvdpdhqvdpcdc（1）力学条件）力学条件0pdpcpvkkccdc22cdckMapdp2kpva 能量方程能量方程热一律热一律结论：结论：c需有压差需有压差 c p（2）几何条件）几何条件cdckMapdp20vdvkpdpcdcMavdv20vdvcdcAdAcdcMaAdA)1(2结论：结论：来流来流Ma1:cA应用：应用：压缩机械压缩机械(叶轮式压气机、离心泵等叶轮式压气机、离心泵等)（2）扩压管扩压管：动能：动能(高速气流高速气流)热能热能(压力能压力能)（1）喷管喷
33、管：热能：热能动能（高速气流）动能（高速气流）应用：应用：叶轮机械叶轮机械(汽轮机、膨胀机、燃气轮机汽轮机、膨胀机、燃气轮机)各类射流（高压水枪、喷雾等）各类射流（高压水枪、喷雾等）飞行器尾喷管飞行器尾喷管hsp22sp121喷管喷管12扩压管扩压管4.8 汽轮机中蒸汽膨胀的热力过程汽轮机中蒸汽膨胀的热力过程1、什么叫汽轮机？、什么叫汽轮机？一、汽轮机概述一、汽轮机概述火力发电原理图火力发电原理图汽轮机汽轮机（Steam Turbine）：）：是一种以水蒸汽为工质，是一种以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的旋转式原动机。将热能转变为机械能的旋转式原动机。锅炉锅炉汽轮机汽轮机 发电机发电机凝汽器
34、凝汽器过热器过热器 冷却水冷却水给水泵给水泵(电能电能机械能机械能压力能压力能)(化学能化学能热能热能)(热能热能机械能机械能)(机械能机械能电能电能)(热能热能热能热能)静止部分：静止部分：汽缸、静叶栅汽缸、静叶栅(喷嘴喷嘴,导叶导叶)、隔板、密封、轴承、隔板、密封、轴承转动部分（总称为转子）：转动部分（总称为转子）：轴、轮盘（或转鼓）、动叶栅轴、轮盘（或转鼓）、动叶栅 级：级：一列静叶栅一列静叶栅+一列动叶栅一列动叶栅 汽流汽流（1 1）按工作原理分：）按工作原理分：冲动式汽轮机冲动式汽轮机反动式汽轮机反动式汽轮机（2 2）按热力特性分：）按热力特性分：凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机调节抽汽式汽
35、轮机调节抽汽式汽轮机背压式汽轮机背压式汽轮机抽汽背压式汽轮机抽汽背压式汽轮机中间再热式汽轮机中间再热式汽轮机汽轮机类别汽轮机类别主蒸汽压力（主蒸汽压力（MPa)低压汽轮机低压汽轮机 1.5中压汽轮机中压汽轮机24高压汽轮机高压汽轮机610超高压汽轮机超高压汽轮机1214亚临界压力汽轮机亚临界压力汽轮机1618超临界压力汽轮机超临界压力汽轮机22.1超超临界压力汽轮机超超临界压力汽轮机32（4）按用途分）按用途分电站汽轮机（电站汽轮机（凝汽式凝汽式）：定速：定速：3000rpm，大型，大型化、采用再热、回热等复杂循环化、采用再热、回热等复杂循环-经济性；经济性；工业汽轮机工业汽轮机（背压式（背压
36、式/抽汽背压式抽汽背压式/抽凝式）抽凝式）：变速：几千变速：几千几万几万rpm，用于工业驱动、工业发电，用于工业驱动、工业发电，应用广泛（石油、化工、冶金、建材、轻纺等工业应用广泛（石油、化工、冶金、建材、轻纺等工业部门和企业自备电站、区域热电联供、余热发电、部门和企业自备电站、区域热电联供、余热发电、垃圾电站、燃气垃圾电站、燃气-蒸汽联合循环等）。蒸汽联合循环等）。舰船用汽轮机（舰船用汽轮机（凝汽式凝汽式）：特点：强调机动性，特点：强调机动性，有倒车级（特有）。经济性其次，简单循环。有倒车级（特有）。经济性其次，简单循环。1、发电、发电（火电、核电）：汽轮机发电机组所发的（火电、核电）：汽轮
37、机发电机组所发的电占全世界发电总量的电占全世界发电总量的80%，是现代化国家中的重，是现代化国家中的重要动力机械。要动力机械。2、供热、供热：汽轮机的排汽或中间抽汽可用来满足生：汽轮机的排汽或中间抽汽可用来满足生产和生活产和生活 上供热的需要，这种用于热上供热的需要，这种用于热-电联产的热电联产的热电式汽轮机，具有更高的经济性（热效率电式汽轮机，具有更高的经济性（热效率70%）3、动力驱动、动力驱动：冶金、化工、舰船行业各种从动机：冶金、化工、舰船行业各种从动机械如泵、风机、压缩机、螺旋桨的直接驱动。械如泵、风机、压缩机、螺旋桨的直接驱动。二、汽轮机级的热力过程二、汽轮机级的热力过程1、汽轮机
38、的汽轮机的“级级”级级一列静叶栅一列静叶栅:热能热能动能动能一列动叶栅一列动叶栅:动能动能机械能机械能静叶静叶动叶动叶转轴转轴轮盘轮盘动叶动叶静叶静叶隔板隔板汽缸汽缸（1）冲动作用原理）冲动作用原理冲动力：冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力。汽流改变流动方向对汽道产生一离心力。此力的大小取决于单此力的大小取决于单位时间内通过动叶通位时间内通过动叶通道的蒸汽质量及其速道的蒸汽质量及其速度的变化。度的变化。c1w1uFtw1w2FtFrF定义：定义：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降hb
39、和整个和整个级的理想滞止焓降级的理想滞止焓降h t*之比。衡量在动叶中膨胀的程之比。衡量在动叶中膨胀的程度。度。（3）级的反动度）级的反动度反动力：反动力：因汽流膨胀产生一相因汽流膨胀产生一相反力（如火箭）。此力的大小反力（如火箭）。此力的大小取决于气体压力的变化。取决于气体压力的变化。*tbmhh冲动级和反动级冲动级和反动级特点：特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行，作功能力比反动级大，一小部分在动叶栅中进行，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。效率比纯冲动级高。特点：特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨蒸汽只在喷
40、嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。胀而只改变其流动方向。结构：结构：动叶叶型对称弯曲。动叶叶型对称弯曲。性能：性能：做功能力大、效率低。不采用。做功能力大、效率低。不采用。静叶静叶动叶动叶纯冲动级（纯冲动级（=0）1）冲动级）冲动级带反动度的冲动级（带反动度的冲动级（=0.050.2）2)反动级（反动级（=0.5）特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。静叶静叶动叶动叶P2P0 C0P1P0C0P1P22200*0cPPhsP0*P0P1hnht*100*P22hbhn*（a
41、）带反动度的冲动级）带反动度的冲动级 (b)纯冲动级纯冲动级4.9 膨胀制冷设备的热力过程膨胀制冷设备的热力过程膨胀制冷设备：膨胀制冷设备：节流阀节流阀：气体不对外做功的绝热膨胀。低温高压时效：气体不对外做功的绝热膨胀。低温高压时效率较高，应用：气体低温分离率较高，应用：气体低温分离膨胀机膨胀机（往复式、透平式）：气体对外做功的绝热膨（往复式、透平式）：气体对外做功的绝热膨胀。效率高，应用：低温工程胀。效率高，应用：低温工程压力波制冷机压力波制冷机：气体对外交换热量的膨胀。效率低于：气体对外交换热量的膨胀。效率低于透平式膨胀机。应用：气体低温分离透平式膨胀机。应用：气体低温分离1、定熵膨胀与节
42、流膨胀的比较、定熵膨胀与节流膨胀的比较膨胀机膨胀机:气体对外做功的绝热膨胀，若可逆，则为定熵膨胀气体对外做功的绝热膨胀，若可逆，则为定熵膨胀定熵膨胀微分效应：定熵膨胀微分效应：sspTdpTvTdTcdspp熵的微分式：熵的微分式：定熵膨胀定熵膨胀 ds=0ppsdTdvcTpppJcvTvcT节流膨胀微分效应：节流膨胀微分效应：pJscv结论：结论：s0,定熵膨胀产定熵膨胀产生冷效应生冷效应结论：结论：s J s J由由p1=10MPa，t1=550膨胀到膨胀到p2=1 MPa，节流膨胀：节流膨胀：TJ=550-505 =45 定熵膨胀：定熵膨胀：Ts=550-225 =225 制冷原理：制冷原理：压缩气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而压缩气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体降温，实现制冷。消耗气体本身的内能，从而使气体降温，实现制冷。2、透平膨胀机的透平膨胀机的热力过程热力过程hsP0*P0P1hnht*100*P22hbhn*1s2s
