如何运行实际流体循环
- 01选择循环。朗肯循环从 3 MPa / 350 °C 排入 75 kPa 的冷凝器——经典教科书例子；制冷预设是 R134a，蒸发 −20 °C、冷凝 40 °C。
- 02设置压力与温度。锅炉压力必须高于冷凝器压力；低于饱和温度的汽轮机入口温度会被调整到饱和蒸汽并给出警告，而不是外推。
- 03按顺序读取状态。状态 1 是离开冷凝器的饱和液，2 是泵出口，3 是汽轮机入口，4 是汽轮机出口；湿出口会标为
twoPhase 并附干度。 - 04逐项添加选项。再热设定中间压力和第二汽轮机入口；回热设定抽汽压力。先逐项与简单循环比较，再组合使用。
- 05换算到功率或负荷。质量流量把每千克的功变成 kW；制冷负荷把 COP 变成压缩机功率。
算例读数
| 循环 · 输入 |
读数 |
| 朗肯 · 3 MPa / 350 °C → 75 kPa |
η 25.7976 %、w<sub>turb</sub> 686.20 kJ/kg、w<sub>pump</sub> 3.03 kJ/kg、q<sub>in</sub> 2648.16 kJ/kg、出口干度 0.86261、卡诺 41.4411 %；20 kg/s 时 13.66 MW |
| 朗肯 · 15 MPa / 600 °C → 10 kPa，简单循环 |
η 41.5921 %、出口干度 0.71991 |
| 同一循环在 2 MPa 再热 |
η 43.4712 %、出口干度 0.91991 |
| 朗肯回热 · 4 MPa / 450 °C，抽汽 400 kPa |
η 37.8386 %、抽汽率 0.166622、出口干度 0.81033 |
| R134a 冰箱 · −20 °C / 40 °C |
COP 2.5803、q<sub>evap</sub> 130.15 kJ/kg、节流后干度 0.38874、COP<sub>HP</sub> 3.5803 |
| R134a 空调 · 5 °C / 45 °C |
COP 4.7721、节流后干度 0.29321 |
Cengel 预设的引擎状态为 h₁ = 384.44、h₂ = 387.47、h₃ = 3035.64、h₄ = 2349.44 kJ/kg，冷凝器饱和温度 364.91 K。再热对比是更鲜明的例子：效率提高 1.88 个百分点，出口湿度从 28 % 降到 8 %。
状态点意味着什么
泵把液体压力近似等熵地升高——只耗费 3.03 kJ/kg，因为液体几乎不可压缩——随后锅炉在定压下加热，先汽化再过热。汽轮机膨胀回冷凝器压力，理想情况下以入口熵 6.5982 kJ/(kg·K) 排出；穹顶内的插值给出干度 0.8626，意味着 14 % 的质量是汽轮机速度下的液滴。实际电厂希望出口干度大约高于 0.88，并用再热或更高的过热度达到这一点。冷凝器随后带走 1965.0 kJ/kg，送回饱和液。
效率遵循卡诺逻辑，但读数远低于理想层，因为热量是在沸腾区间加入的：25.7976 % 对 41.4411 % 的上限，即第二定律效率 62.25 %。制冷侧四个状态是饱和蒸气 238.41 kJ/kg、过热排气 288.85 kJ/kg、饱和液 108.26 kJ/kg，以及节流后的两相混合物，干度 0.38874。COP 为 q<sub>evap</sub>/w<sub>comp</sub> = 130.15 / 50.44 = 2.5803；热泵计入冷凝器热量，读数为 3.5803，即制冷 COP 加一。61.16 % 的第二定律效率属于制冷 COP 2.5803，对应的卡诺 COP 为 4.2192。
局限与边界
- 内置表只是后备，运行结果也如实说明。
- 水和 R134a 由小型饱和网格加理想气体过热多项式插值，焓和熵带有大约 0.5–1 % 的误差，Cengel 预设落在 25.7976 %，而教科书约为 26.0 %。加载 CoolProp 会用 Helmholtz 方程物性替换这些表，收紧对比。
- 一对流体、一台加热器。
- R134a 是唯一的制冷剂，回热只有一个开式给水加热器；没有两级压缩、闪蒸器或有机朗肯工质。
干度悬崖
汽轮机出口干度是终结设计讨论的数字，却很容易被忽视，因为没有它效率看起来也不错。简单的 15 MPa / 600 °C 循环读数为 41.5921 %，但出口干度只有 0.71991——末级叶片会被侵蚀。加入再热后读数为 43.4712 %，出口升到 0.91991。第二个陷阱是认为效率更高的配置总是更好：这里的回热只有 37.8386 %，低于同压力下简单循环的 41.5921 %，因为抽汽从汽轮机带走了功；它换来的是更热的给水，而不是更高的数字。第三个是 R134a 节流：状态 4 有意处于两相，干度 0.38874，而膨胀装置不是汽轮机——把它当汽轮机会把循环永远拿不回来的功重复计算一次。
适用场景
校核教科书蒸汽循环
Cengel 的 3 MPa / 350 °C 例子就是随附预设：干度 0.86261、w<sub>turb</sub> 686.20 kJ/kg、w<sub>pump</sub> 3.03 kJ/kg、η 25.7976 %、20 kg/s 时净功率 13.66 MW。与教科书的差距看得见，也能归因。
估算冰箱或空调
−20 / 40 °C 预设给出 COP 2.5803，在 3.5 kW 负荷下压缩机耗功 1.36 kW；5 / 45 °C 预设给出 COP 4.7721。两者都是理想循环上限，是加入真实损失之前有用的校准。
隐私
表格、插值和绘图都在你的浏览器本地运行；只有可选的 CoolProp 下载会联网，计算仍在本地完成。
参考文献
- Wikipedia，Rankine cycle，en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-07）——泵、锅炉、汽轮机与冷凝器状态。
- Wikipedia，Vapor-compression refrigeration，en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-07）——四状态循环、COP 与节流。
- Wikipedia，Superheated steam，en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-07）——过热与再热为何保护汽轮机。
- Wikipedia，Saturation (thermodynamics)，en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-07）——饱和表、干度与穹顶。
- Bell et al.，CoolProp，coolprop.org （访问日期：2026-10-07）——可选的 Helmholtz 方程物性后端。
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