主讲：龙小柱例7-2）某工厂某一压缩机出口的空气状态为P,=9.12MPa(90atm），T,=300K，现需膨胀到P，=0.203MPa（2atm）。作为工程技术人员，如果有下列两种膨胀供你选择，选择那一种？为什么？取环境温度为25℃。①节流膨胀；②做外功的绝热膨胀，已知膨胀机的实际输出的功等于可逆绝热膨胀时轴功的80%（即等滴效率为80%）。提示：只有求出两种膨胀发生后气体的温度、膨胀机的作功量（有效功）及膨胀过程的损失功：然后，确定较经济、节能的一种作为选项解：取1mol作为计算基准①对于节流膨胀过程，根据式（6-24）计算损失P1等恰线功。先计算环境的变△Ssur。根据节流膨胀的特T点Q→0△H→0,于是有Q sur→0。则0O300AS0sur298.15280计算系统的滴变△Ssys。查附录13空气的T-s图得：13398P,=9.12MPa、T=300K时:h =13012J·mol-lS, =87.03J.mol-l.K-1由H,的等线1一2与P的等压线交点2，得例7-2图1空气的T-S示意图T,=280K(节流膨胀后温度)S, =118.41J·mol-1.K-1△Ssvs = S2 - S
【例7-2】某工厂某一压缩机出口的空气状态为P1=9.12MPa(90 atm)，T1=300K, K，现需膨胀到P2=0.203MPa (2 atm)。作为工程技术人员，如果有下列两种膨胀 供你选择，选择那一种？为什么？取环境温度为25℃。①节流膨胀；②做外功的绝 热膨胀，已知膨胀机的实际输出的功等于可逆绝热膨胀时轴功的80%（即等熵效率 为80%）。 提示：只有求出两种膨胀发生后气体的温度、膨胀机的作功量（有效功）及膨胀过 程的损失功；然后，确定较经济、节能的一种作为选项。 例7-2图1 空气的T–S示意图 解：取1 mol作为计算基准。 ① 对于节流膨胀过程，根据式（6-24）计算损失 功。先计算环境的熵变ΔS sur。根据节流膨胀的特 点 Q→0 ，ΔH →0，于是有 Q sur→0 。则 sur sur sur 0 0 298.15 Q S T = = = 计算系统的熵变ΔSsys。查附录13空气的T-s图得： P1＝9.12 MPa、T1＝300 K时： 1 1 13012 − h = J mol 1 1 1 87.03 − − s = J mol K 由H1的等焓线1→2与P2的等压线交点2，得 T2 = 280K (节流膨胀后温度) 1 1 2 118.41 − − s = J mol K sys 2 1 = − s s s
主讲：龙小柱(Ws)书流=0节流膨胀所做功W, = TAS = T(ASsys +AS.节流膨胀过程的损失功= (273.15 +25)×[(118.41-87.03) +0= 9356.0J ·mol-1②做外功的绝热膨胀，过程绝热，若同时是可逆的，则为等过程。从压缩机出口状态1作等滴线1一2'，与P,=0.203MPa等压线的交点2。查附录13得T，=98K（可逆绝热膨胀后温度）H. = 7614.88J ·mol-1由式（6-4）得可逆轴功Ws,R = △H = H, - H, = 7614.88-13012 =-5397.12J ·mol-l过程的等效率为0.8，此过程实际是不可逆的绝热膨胀，故W.H,-H,H, -13012=0.8nsWs,RH,-H,-5397.12H, =8694.3J ·mol-1由H,与P，在附录13空气的T-s图上查得T,=133K(作外功绝热膨胀后温度）。膨胀机实际所作功Ws = nsWr = 0.8 ×(-5397.12) = -4317.7J · mol-1
节流膨胀所做功 ( ) 0 WS = 节流 节流膨胀过程的损失功 W T S T S S L = = + 0 0 t sys sur （ ） 1 (273.15 25) [(118.41 87.03) 0] 9356.0 − = + − + = J mol ②做外功的绝热膨胀，过程绝热，若同时是可逆的，则为等熵过程。从压缩机出 口状态1作等熵线1→2′，与P2＝0.203 MPa等压线的交点2′。查附录13得 T ' 98K 2 = （可逆绝热膨胀后温度） 1 2 ' 7614.88 − H = J mol1 , 2 ' 1 7614.88 13012 5397.12 − W = H = H − H = − = − J mol S R 由式（6-4）得可逆轴功 过程的等熵效率为0.8，此过程实际是不可逆的绝热膨胀，故 0.8 5397.12 2 13012 1 2 1 2 , ' = − − = − − = = H H H H H W W S R S S 1 2 8694.3 − H = J mol 由H2与P2，在附录13空气的T-s图上查得T2＝133K(作外功绝热膨胀后温度)。 膨胀机实际所作功 1 0.8 ( 5397.12) 4317.7 − W = W = − = − J mol S S R
主讲：龙小柱由式（6-23）得作外功绝热膨胀的损失功W, = Ws -Ws,R = -4317.7 + 5397.12 = 1079.42J · mol-1例7-2表1节流膨胀与作外功绝热膨胀比较Ws / J·mol-1W, / J·mol-1过 程T2/K△T/K-200节流膨胀2809356.0133作外功绝热膨胀-167-4317.71079.42从计算结果，作外功绝热膨胀的损失功小，降温幅度大，还对外做功，比较经济。因此选择作外功的绝热膨胀7.3蒸汽动力循环蒸汽动力装置主要由四种设备组成：（1)称为锅炉的蒸汽发生器：（2)蒸汽轮机(3)冷凝器：（4)水泵。工质周而复始地流过上述四种设备，构成了（绝热）压缩（等温）膨胀、等温压缩、绝热膨胀四个步骤的热力循环，使吸自高温热源的热能的一部分转变成有用功输出，实现热向功的转换
7.3 蒸汽动力循环 蒸汽动力装置主要由四种设备组成：(1)称为锅炉的蒸汽发生器；(2)蒸汽轮机； (3)冷凝器；(4)水泵。工质周而复始地流过上述四种设备，构成了（绝热）压缩、 （等温）膨胀、等温压缩、绝热膨胀四个步骤的热力循环，使吸自高温热源的 热能的一部分转变成有用功输出，实现热向功的转换。 由式（6-23）得作外功绝热膨胀的损失功 1 , 4317.7 5397.12 1079.42 − W =W −W = − + = J mol L S S R 例7-2 表1 节流膨胀与作外功绝热膨胀比较 过 程 T2 /K ΔT /K Ws／J·mol-1 WL／J·mol-1 节 流 膨 胀 280 -20 0 9356.0 作外功绝热膨胀 133 -167 -4317.7 1079.42 从计算结果，作外功绝热膨胀的损失功小，降温幅度大，还对外做功， 比较经济。因此选择作外功的绝热膨胀
主讲：龙小柱蒸汽动力循环的作用：400°C,300atm合成氨N，+3H>2NH?如何将1atm→300atm？·需要压缩机，消耗动力。个电·中国60年代，1500~1800度电/吨NH3·中国70年代，仅10~30度电/吨NH3·这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。·高温热源→废热锅炉，产生高压蒸汽→透平机>压缩机
•中国60年代，1500~1800度电/吨NH3。 •中国70年代，仅10~30度电/吨NH3。 •这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。 蒸汽动力循环的作用： •如何将1atm→ 300atm? •需要压缩机，消耗动力。 电 •高温热源 →废热锅炉，产生高压蒸汽 →压缩机 →透平机 3 400 300 N2 3H2 2NH 合成氨 + ⎯⎯ ⎯C， atm ⎯→
主讲：龙小柱高温热源可以是温度较高的工业废热、地热、太阳的辐射热等，也可以是矿物燃料燃烧产生的高温烟气的热能或核燃料通过核裂变转变而来的热能。07.3.1卡诺（Carnot）蒸汽循环工作于高温和低温两个热源之间的Carnot热机，又称Carnot循环。它由两个等温可逆过程和两个绝热可逆过P22程构成。如果以水蒸气为工质，则可以实现等温吸热和3等温放热过程。Carnot循环是由可逆过程构成的、效率最高的热力循环。1它可以最大限度地将高温热源输入的热量转变为功。图7-10Carnot循环的p-V图Carnot循环对外作(最大)功Ws,cWs.c = QH -Q, = Qn|1-(7-10a)3Carnot循环效率WTS.(7-10b)ncSQHTH图7-11Carnot循环的T-S图Carnot循环虽然是效率最高的循环，但它却不能用于生产
高温热源可以是温度较高的工业废热、地热、太阳的辐射热等，也可以 是矿物燃料燃烧产生的高温烟气的热能或核燃料通过核裂变转变而来的热能。 7.3.1 卡诺（Carnot）蒸汽循环 工作于高温和低温两个热源之间的Carnot热机，又称 Carnot循环。它由两个等温可逆过程和两个绝热可逆过 程构成。如果以水蒸气为工质，则可以实现等温吸热和 等温放热过程。 图7-10 Carnot循环的p-V图 图7-11 Carnot循环的T–S图 Carnot循环是由可逆过程构成的、效率最高的热力循环。 它可以最大限度地将高温热源输入的热量转变为功。 , 1 L S C H L H H T W Q Q Q T = − = − (7-10a) Carnot循环效率 , 1 S C L C H H W T Q T = = − (7-10b) Carnot循环对外作(最大)功Ws,c Carnot循环虽然是效率最高的循环，但它却不能用于生产