朗肯循環(huán)為何需要冷凝器

1、1朗肯循環(huán)為何需要冷凝器朗肯循環(huán)為何需要冷凝器摘要：本文闡明了卡諾循環(huán)除需要具備一個(gè)熱源外，還必須具備一個(gè)冷源的原因，在于卡諾循環(huán)研究的是往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有冷源，活塞就無(wú)法及時(shí)縮回，也就無(wú)法構(gòu)成連續(xù)的循環(huán)，形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，還從理論上、從構(gòu)成循環(huán)的角度，論證了朗肯循環(huán)必須具備冷凝器的原因。Abstract：ThearticleclarifiedthereasonthatCarnotCycleneedacoldsourceexcepth

2、eatsourceisthepistoncannotgobackintimewithoutcoldsourceonresearchingofreciprocatingmechanismthatistosaythecontinuecyclecannotbecompleted.MeanwhilethearticlealsocertificatedthereasonthatRankineCycleshouldequipacoldsourcef

3、romtheycompletingcycle..朗肯循環(huán)早已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)。但是，還常有人提出這樣的凝問(wèn)：朗肯循環(huán)中，從汽輪機(jī)排出的乏汽為什么要先經(jīng)冷凝器冷卻、放出凝汽熱，凝結(jié)成水后，再送入鍋爐去加熱，變成蒸汽，而不直接將乏汽壓入鍋爐加熱，升溫升壓后，再送入汽輪機(jī)作功？這樣，可節(jié)省將從冷凝水加熱為蒸汽的熱量。對(duì)這樣的凝問(wèn)，解釋是多種多樣的。例如：１，有人認(rèn)為，根據(jù)卡諾循環(huán)，只有單一熱源的熱機(jī)不能對(duì)外作功，除了熱源外，還必須配置一

4、冷源。朗肯循環(huán)循環(huán)中的冷凝器即是這冷源；2有人認(rèn)為有了冷凝器，可在汽輪機(jī)出口形成負(fù)壓，便于汽輪機(jī)低壓端的乏汽排出；3有人認(rèn)為安裝冷凝器是為了提高汽輪機(jī)的效率。因?yàn)?，根?jù)卡諾定理，η=1—T2T1（T1、T2分別表示高、低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度），T2越低，效率越高；……其實(shí)，這些解釋均存在一定的問(wèn)題。對(duì)于解釋?zhuān)保绻牙淠骺醋魇恰袄湓础钡脑?，不要這個(gè)“冷源”，該機(jī)器也可以作功。因?yàn)椋淠鞑贾迷谄啓C(jī)作功之后。換句話說(shuō)，汽輪機(jī)已完成了作功，

5、乏汽才進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷卻的。不要這個(gè)冷凝器，把乏汽直接排至大氣中，同時(shí)，不斷向鍋爐補(bǔ)水，汽輪機(jī)仍然可以完成作功，只是效率低一些而已。這里的冷凝器與卡諾循環(huán)中的冷源并非一回事。對(duì)于解釋2，確實(shí)乏汽凝結(jié)成水便于汽輪機(jī)出口形成負(fù)壓，有利于出口端的乏汽排出。但這僅僅只是會(huì)影響汽輪機(jī)的效率的問(wèn)題，而不是汽輪機(jī)能不能作功的問(wèn)題。若只是為了在汽輪機(jī)出口造成真空，也很容易采取其他措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，這樣解釋并未能闡明釆用冷凝器的本質(zhì)原因。對(duì)于解釋3，冷凝

6、器后的溫度T2，已不再是汽輪機(jī)出口處的溫度。按冷凝器后的溫度T2計(jì)算的效率應(yīng)該是“汽輪機(jī)冷凝器”裝置的效率，而不再單純是汽輪機(jī)的效率。在有冷凝器的情況下，汽輪機(jī)出口溫度比T2高。因而，汽輪機(jī)本身的效率應(yīng)比按T2計(jì)算的效率低。因而，解釋3是把“汽輪機(jī)冷凝器”裝置誤認(rèn)為是汽輪機(jī)效率造成的。下面，擬闡明這個(gè)問(wèn)題的本質(zhì)原因。一，一，卡諾循環(huán)為什么需要有冷源卡諾循環(huán)為什么需要有冷源以下的討論假設(shè)是在沒(méi)有摩擦、循環(huán)可逆，氣缸僅氣缸頭端部可導(dǎo)熱的理想

7、的卡諾熱機(jī)3后，高溫、高壓的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，膨脹、對(duì)外作功，完成1－2的過(guò)程：接著，蒸汽進(jìn)入冷凝器，將乏汽冷凝為飽和水，向外界放熱，完成2－3的過(guò)程；最后，用水泵從外界吸收功，將冷凝水泵回鍋爐，完成3－0的過(guò)程。其實(shí)，僅僅從能否對(duì)外作功來(lái)說(shuō)，朗肯循環(huán)是可以不要冷凝器的。因?yàn)椋缜八?，高溫高壓蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)已完成了作功，排出汽輪機(jī)后，才進(jìn)入冷凝器凝結(jié)成水的。所以，乏汽是否進(jìn)入冷凝器與汽輪機(jī)能否作功并無(wú)直接關(guān)系。在生產(chǎn)實(shí)踐中，也有這樣的實(shí)

8、例。例如，背壓式汽輪機(jī)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供。但是，如果不是熱電聯(lián)供，僅僅單純用于發(fā)電的話，若無(wú)冷凝器，就只得將乏汽放掉。這樣，浪費(fèi)太大。那么，能不能采取別的措施，例如，不冷卻乏汽，用壓縮機(jī)直接將乏汽壓回鍋爐，經(jīng)吸熱增壓，使之回復(fù)到進(jìn)汽輪機(jī)之前的狀態(tài)（圖４中的點(diǎn)１的狀態(tài)），又不丟失凝汽熱呢？從下面的分析可以看出，這樣的設(shè)想是不可行的。要想用壓縮機(jī)使乏汽從點(diǎn)2回復(fù)到進(jìn)入汽輪機(jī)之前的點(diǎn)１狀態(tài)，作為開(kāi)始的過(guò)程，只有四種可能：１，從絕熱過(guò)程開(kāi)始；２

9、，從等容過(guò)程開(kāi)始；３，從等溫過(guò)程開(kāi)始；４，從等壓過(guò)程開(kāi)始。圖４1從絕熱過(guò)程開(kāi)始：即沿著汽輪機(jī)作功的路徑，逆向從圖４中的點(diǎn)２—1。這樣，蒸汽的確是回到了進(jìn)汽輪機(jī)之前的狀態(tài)，但是，汽輪機(jī)對(duì)外作的功將會(huì)在這個(gè)過(guò)程中消耗殆盡，顯然行不通；2從等容過(guò)程開(kāi)始：即沿著圖４中與OP軸平行的路徑從點(diǎn)２—1’PV=RT，V一定時(shí)，要提升P，就得提升T。也就是在保持容積不變的條件下，將乏氣加熱，使壓力從點(diǎn)２回復(fù)到與點(diǎn)１相等的點(diǎn)1’。但是，按上述等容路徑并不能

10、回復(fù)到點(diǎn)１，而是點(diǎn)1’的狀態(tài)。這時(shí)的容積比點(diǎn)１的值大。這樣，若繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)，絕熱膨脹作功，汽體將從點(diǎn)1’—2’容積將增大為點(diǎn)２’的值。如此繼往，汽體的體積會(huì)越來(lái)越大，要求汽輪機(jī)的體積也要越來(lái)越大才行。顯然，這也是做不到的；如果從點(diǎn)1’等壓壓縮到點(diǎn)1，從方程PV=RT可知P一定時(shí)，要降低V只有用冷凝器來(lái)降低T這就又回到了采用冷凝器的循環(huán)過(guò)程中。且這時(shí)，對(duì)外作的功很小；3從等溫過(guò)程開(kāi)始：根據(jù)氣態(tài)方程，PV=RT，T一定時(shí)，P和V將按雙曲線（