蒸汽機的熱效率

蒸汽機械

蒸汽機的熱效率 η 定義為
η = 有效功 / 輸入熱量
= (W_indicated – W_friction) / (m_s × (h_1 – h_feed))
其中 m_s 為汽耗率，h_1 為進汽焓，h_feed 為給水焓。
一、典型理論循環
卡諾極限：η_Carnot = 1 – T_c/T_h
取 T_h = 473 K (200 °C)，T_c = 373 K (100 °C) → η_C ≈ 21 %。
朗肯循環：η_Rankine ≈ 30 %（考慮泵功、過熱）。
實際蒸汽機：因節流、不完全膨脹、冷凝器熱阻、機械摩擦，η_indicated 僅 12–17 %，η_brake 8–12 %。
二、主要損失
? 汽缸熱損：占輸入熱量 30–35 %（缸壁周期性加熱/冷卻）。
? 不完全膨脹：排汽仍含 15–20 % 可用能。
? 機械摩擦：活塞環、十字頭、軸承損失 5–8 %。
? 蒸汽泄漏：閥門、填料函漏汽 2–4 %。
? 排汽節流：占 3–5 %。
三、改進措施與效果
? 過熱蒸汽（300 °C）：η↑3–5 %。
? 復合膨脹（雙缸/三缸）：η↑4–6 %。
? 冷凝器真空 90 kPa：η↑6–8 %。
? 絕熱包覆、潤滑油冷卻：η↑1–2 %。
? 綜合優化后，現代復古蒸汽機示范機組 η_brake 可達 18–20 %，但仍遠低于蒸汽輪機 35 % 以上。

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