热力学
朗肯循环
锅炉、汽轮机、冷凝器、泵四个部件。相变让热在近恒温下进出,泵功很小。η = Wnet/QH
世上的电,大多来自水变成蒸汽再变回水的一个环。朗肯循环把这水依次送进锅炉、汽轮机、冷凝器和泵,效率升高的原因正是这场相的变化。
锅炉接受热,汽轮机交出功,冷凝器扔掉热,泵再把液体抬上去。无论烧煤、用反应堆还是聚阳光,变的只是热源,水走的环本身几乎照旧。
在 T-s 平面上,循环紧贴饱和穹顶。在 T-s 图上,每一步交换的热是路径下面的面积,闭合环围住的面积是净吸收的热,转一圈时它就是净功。锅炉温度升高,环变大,这块面积也就是净功一起变大。
净功是汽轮机交出的功减去泵花掉的功。泵只压液体,所以这份功很小,汽轮机的功几乎全部留下。液体几乎压不缩,把水推到高压时体积只小一点点,若压的是气体,就得把汽轮机功的一大份再填回去。
把蒸汽再加热到穹顶之上,会提高加热的平均温度、抬高效,并让离开汽轮机的蒸汽更干。出口带湿时,水滴会打在飞转的叶片上把它削掉,让蒸汽保持干燥就能挡住这份磨损,叶片也就更耐久。
装置有四个,效率写成 η = WnetQH,用水是因为相变让热在近乎恒定的温度下进出,而泵几乎不花钱。接下来是没有相变的气体循环,也就是奥托和狄塞尔。如今的蒸汽电厂把大约 40% 的热变成电,前面加了燃气轮机的联合电厂里,这个值超过 60%。
实际应用朗肯循环是在锅炉里受热、在汽轮机里出功、在冷凝器里弃热、在泵里压液体,让水转起来的蒸汽发电循环。在 T-s 平面上它画成跨在饱和穹顶上的环,这块面积就是净功。效率是 η = WnetQH = (Wturbine − Wpump)QH,泵处理的是液体,功很小,汽轮机的功几乎全部留下。要提高效率,就升高锅炉的压力和温度,或再加热,并降低冷凝器温度。再加热抬高受热的平均温度,同时让汽轮机出口变干,也减少叶片损伤。接下来的 D2 转向没有相变、用空气的奥托和狄塞尔。
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