
【化】 Rankine cycle
aurum; gold; golden; metals; money
【化】 gold
【醫】 Au; auri-; auro-; aurum; chryso-; gold
cycle; recur; circle; rotate; circulation; repetition; revolution
【計】 DO-loop; for-loop; loop; unwinding
【化】 recirculate
【醫】 circuIation; cycle
【經】 cycle; revolving; rotation
蘭金循環(Rankine Cycle)是熱力學領域描述蒸汽動力系統能量轉換的基礎理論模型,屬于典型的熱機循環體系。該循環由蘇格蘭工程師威廉·約翰·麥誇恩·蘭金(William John Macquorn Rankine)于1859年提出,主要用于火電站、核電站等蒸汽動力裝置的能量轉換分析。
從熱力學定義分析,蘭金循環包含四個可逆過程:(1)工質在鍋爐中等壓吸熱汽化;(2)高溫高壓蒸汽在汽輪機中等熵膨脹做功;(3)乏汽在冷凝器等壓放熱凝結;(4)凝結水經給水泵等熵壓縮返回鍋爐。其熱效率公式可表示為: $$ eta = 1 - frac{q{out}}{q{in}} = 1 - frac{h_4 - h_1}{h_3 - h_2} $$ 其中$h$代表各狀态點的工質比焓值(據《工程熱力學》高等教育出版社)。
在工程實踐中,蘭金循環通過改進衍生出再熱循環、回熱循環等優化形式。美國機械工程師學會(ASME)研究顯示,現代超臨界燃煤電廠采用二次再熱技術後,循環效率可達45%以上。該循環在可再生能源領域亦有應用拓展,如地熱發電系統多采用有機蘭金循環(ORC)技術實現低溫熱源利用(見《可再生能源》2023年刊)。
相較于卡諾循環,蘭金循環更貼近實際工程條件:采用相變工質、允許液态壓縮過程,解決了卡諾循環在濕蒸汽區工作的技術障礙。國際能源署(IEA)統計表明,全球約80%的電力生産依賴基于蘭金循環原理的熱力系統。
蘭金循環(Rankine Cycle),又稱朗肯循環,是蒸汽動力裝置中最基礎的熱力循環,由19世紀蘇格蘭工程師威廉·約翰·麥誇恩·蘭金(William John Macquorn Rankine)提出。其核心作用是将熱能轉化為機械能或電能,廣泛應用于火力發電、核電站、太陽能熱發電等領域。
等熵壓縮(泵)
液态工質(通常為水)通過水泵被絕熱壓縮升壓,送入鍋爐。此過程消耗外部能量,但工質溫度變化較小。
等壓加熱(鍋爐)
高壓液态工質在鍋爐中吸收熱源(如燃燒化石燃料、核反應堆或太陽能集熱器)的熱量,經曆預熱、汽化、過熱三個階段,最終變為高溫高壓的過熱蒸汽。
等熵膨脹(汽輪機)
過熱蒸汽在汽輪機中絕熱膨脹,推動葉片旋轉做功,将熱能轉化為機械能。膨脹後工質變為低溫低壓的濕蒸汽(乏汽)。
等壓放熱(冷凝器)
乏汽進入冷凝器,向冷卻介質(如河水或空氣)釋放熱量,凝結為飽和水,完成循環閉合。
蘭金循環的熱效率受限于冷熱源溫差,且廢熱排放可能造成環境熱污染(需控制冷卻水溫度,避免影響生态)。實際工程中需在效率、成本和環保間平衡。
如需更深入理解,可參考熱力學教材或工程案例中的具體參數分析。
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