
【化】 Rankine cycle
aurum; gold; golden; metals; money
【化】 gold
【医】 Au; auri-; auro-; aurum; chryso-; gold
cycle; recur; circle; rotate; circulation; repetition; revolution
【计】 DO-loop; for-loop; loop; unwinding
【化】 recirculate
【医】 circuIation; cycle
【经】 cycle; revolving; rotation
兰金循环(Rankine Cycle)是热力学领域描述蒸汽动力系统能量转换的基础理论模型,属于典型的热机循环体系。该循环由苏格兰工程师威廉·约翰·麦夸恩·兰金(William John Macquorn Rankine)于1859年提出,主要用于火电站、核电站等蒸汽动力装置的能量转换分析。
从热力学定义分析,兰金循环包含四个可逆过程:(1)工质在锅炉中等压吸热汽化;(2)高温高压蒸汽在汽轮机中等熵膨胀做功;(3)乏汽在冷凝器等压放热凝结;(4)凝结水经给水泵等熵压缩返回锅炉。其热效率公式可表示为: $$ eta = 1 - frac{q{out}}{q{in}} = 1 - frac{h_4 - h_1}{h_3 - h_2} $$ 其中$h$代表各状态点的工质比焓值(据《工程热力学》高等教育出版社)。
在工程实践中,兰金循环通过改进衍生出再热循环、回热循环等优化形式。美国机械工程师学会(ASME)研究显示,现代超临界燃煤电厂采用二次再热技术后,循环效率可达45%以上。该循环在可再生能源领域亦有应用拓展,如地热发电系统多采用有机兰金循环(ORC)技术实现低温热源利用(见《可再生能源》2023年刊)。
相较于卡诺循环,兰金循环更贴近实际工程条件:采用相变工质、允许液态压缩过程,解决了卡诺循环在湿蒸汽区工作的技术障碍。国际能源署(IEA)统计表明,全球约80%的电力生产依赖基于兰金循环原理的热力系统。
兰金循环(Rankine Cycle),又称朗肯循环,是蒸汽动力装置中最基础的热力循环,由19世纪苏格兰工程师威廉·约翰·麦夸恩·兰金(William John Macquorn Rankine)提出。其核心作用是将热能转化为机械能或电能,广泛应用于火力发电、核电站、太阳能热发电等领域。
等熵压缩(泵)
液态工质(通常为水)通过水泵被绝热压缩升压,送入锅炉。此过程消耗外部能量,但工质温度变化较小。
等压加热(锅炉)
高压液态工质在锅炉中吸收热源(如燃烧化石燃料、核反应堆或太阳能集热器)的热量,经历预热、汽化、过热三个阶段,最终变为高温高压的过热蒸汽。
等熵膨胀(汽轮机)
过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀,推动叶片旋转做功,将热能转化为机械能。膨胀后工质变为低温低压的湿蒸汽(乏汽)。
等压放热(冷凝器)
乏汽进入冷凝器,向冷却介质(如河水或空气)释放热量,凝结为饱和水,完成循环闭合。
兰金循环的热效率受限于冷热源温差,且废热排放可能造成环境热污染(需控制冷却水温度,避免影响生态)。实际工程中需在效率、成本和环保间平衡。
如需更深入理解,可参考热力学教材或工程案例中的具体参数分析。
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