预设方案
锅炉与汽轮机
计算结果
理论公式
朗肯循环热效率：
$\eta_{th}= \dfrac{w_{net}}{q_{in}}= \dfrac{(h_3-h_4)-(h_2-h_1)}{h_3-h_2}$
汽轮机等熵效率：
$\eta_t = \dfrac{h_3-h_4}{h_3-h_{4s}}$
各状态点参数
| 状态 | T (°C) | P (MPa) | h (kJ/kg) | s (kJ/kg·K) | 说明 |
|---|
什么是朗肯循环与制冷循环
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老师，朗肯循环听起来好复杂，它到底是什么呀？
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简单来说，它就是蒸汽发电厂的“心脏”模型。想象一下烧开水，水变成蒸汽推动涡轮机发电，然后蒸汽再变回水，循环使用。在实际工程中，比如我们用的电，很多就是靠这个循环在火电厂或核电站里发出来的。你试着拖动上面模拟器的“锅炉压力”滑块，就能看到T-s图上代表蒸汽温度和压力的点是怎么变化的，非常直观。
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诶，真的吗？那旁边的制冷循环又是干嘛的？它和朗肯循环有关系吗？
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问得好！你可以把制冷循环想象成朗肯循环的“反向操作”。朗肯循环是输入热量来输出功（电），而制冷循环是输入功（压缩机耗电）来把热量从一个地方“搬”到另一个地方，就像空调把室内的热搬到室外。工程现场常见的是，冰箱、空调都基于这个原理。你切换到P-h图，然后改变“蒸发温度”和“冷凝温度”，就能看到制冷剂的状态循环和制冷系数COP是怎么跟着变的。
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哦！那这个“热效率”和“制冷系数”到底是怎么算出来的？感觉数字一变，它们就跟着变，好神奇。
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这正是模拟器的妙处！它背后在实时计算。简单来说，热效率就是“净赚的功”除以“烧进去的热量”。比如在汽车发动机里我们也关心这个。你调整一下“汽轮机等熵效率”这个参数，把它从1.0往下拉，模拟一个不完美的、有损失的汽轮机，你会立刻看到输出的净功减少，热效率也啪地掉下来，这就是工程中追求高效率的原因！
物理模型与关键公式
朗肯循环的核心是计算其热效率，即循环净功与从高温热源吸入热量的比值。
$$\eta_{th}= \frac{w_{net}}{q_{in}}= \frac{(h_3-h_4)-(h_2-h_1)}{h_3-h_2}$$
其中，$h_1$, $h_2$, $h_3$, $h_4$ 是循环四个关键状态点的比焓值（单位：kJ/kg）。$(h_3-h_4)$是汽轮机做的功，$(h_2-h_1)$是水泵消耗的功，两者之差为净功$w_{net}$。$(h_3-h_2)$是在锅炉中吸入的热量$q_{in}$。
实际设备中存在不可逆损失，汽轮机等熵效率描述了实际膨胀过程与理想（等熵）过程的接近程度。
$$\eta_t = \frac{h_3-h_4}{h_3-h_{4s}}$$
$\eta_t$是汽轮机等熵效率，$h_4$是汽轮机出口蒸汽的实际比焓，$h_{4s}$是在相同入口条件和出口压力下，假设等熵膨胀（无损失）时出口蒸汽的比焓。效率小于1意味着有摩擦、散热等损失。
对于制冷（或热泵）循环，其性能用性能系数COP衡量，定义为收益（制冷量或供热量）与代价（压缩机耗功）之比。
$$COP_{cooling}= \frac{q_{in}}{w_{in}}= \frac{h_1 - h_4}{h_2 - h_1}$$
对于制冷循环，$h_1$是压缩机入口（蒸发器出口）制冷剂比焓，$h_2$是压缩机出口比焓，$h_4$是节流阀入口（冷凝器出口）比焓。$(h_1-h_4)$是单位质量制冷剂在蒸发器中吸收的热量（制冷量），$(h_2-h_1)$是压缩机消耗的功。
现实世界中的应用
燃煤与核能发电：现代大型火力发电厂和核电站的核心热力循环就是朗肯循环。工程师通过优化锅炉压力、蒸汽温度（在模拟器中对应P_high）以及采用多级再热，将实际热效率提升至40%以上，极大降低了燃料消耗和碳排放。
地热与太阳能热发电：利用地热蒸汽或聚光太阳能加热工质（不一定是水），驱动朗肯循环发电。这类系统特别关注在较低热源温度下（对应模拟器中较低的P_high和较高的P_low）如何设计循环以获取最大净功。
家用与商用空调/冰箱：我们身边的制冷设备普遍采用蒸汽压缩制冷循环。模拟器中的蒸发温度(T_evap)和冷凝温度(T_cond)直接决定了室内温度和室外散热条件，而压缩机效率(η_c)则是影响耗电量（COP）的关键，高效压缩机是节能家电的核心。
工业热泵与余热回收：将制冷循环“反向”用作热泵，可以从低温废热（如工业冷却水、地热）中提取热量，用于建筑供暖或工艺加热。通过调整循环参数，可以针对不同的热源和热汇温度进行优化设计，实现能源的阶梯利用。
常见误解与注意事项
首先，“热效率或COP越高越好”的观点存在误区。虽然在模拟器中大幅提高锅炉压力确实能提升热效率，但在实际工厂中会面临材料强度极限和成本飙升的问题。例如，超临界压力发电站虽效率高，但其管道和锅炉需要使用昂贵的特种钢。单纯追求效率的设计并不现实。
其次，是关于制冷循环“蒸发温度”设定的误解。提高蒸发温度确实能改善COP，但这基于“可调高待冷却空间温度”的前提。若冰箱需要-20℃的低温，却强行将蒸发温度设为-5℃，制冷能力会急剧下降，根本无法实现目标。理解COP与所需制冷能力之间的权衡关系至关重要。
最后，切勿将“涡轮机效率100%”或“等熵过程”视为现实目标。在模拟器中设为100%是为了建立理想的参考基准。实际涡轮机必然存在叶尖摩擦、泄漏等损失，即便是大型机组也难以突破90%左右的效率。通过本工具感受效率降低时输出功率的衰减幅度，就能理解“如何减小损失”才是工程实践的核心。
相关工程领域
本模拟器涉及的计算正是热流体力学（CFD）的基础。例如，用于详细解析涡轮机或压缩机内部复杂流动的CFD仿真，可更精准预测此处所用的“等熵效率”值，并揭示损失产生机制。
同时，这也与材料工程及强度设计紧密相关。高压锅炉和高温涡轮机的材料必须长期耐受高温高压环境。在模拟器中调整“锅炉压力”，正是思考材料所受应力及蠕变现象（材料随时间变形的现象）的起点。
此外还可延伸至可再生能源技术的应用。例如海洋温差发电（OTEC）利用表层温海水与深层冷海水约20-25℃的温差驱动朗肯循环。通过在模拟器中尝试提高冷凝器温度、降低蒸发器温度对热效率的影响，就能直观理解该技术面临的挑战（低效率、设备大型化）。
进阶学习指引
第一步建议深入研习“湿蒸汽”领域。模拟器穹顶内部属于湿蒸汽区，该区域的状态量由干度（x）参数决定。例如焓值可表示为 $h = h_f + x \cdot h_{fg}$，其中$h_f$为饱和液体焓，$h_{fg}$为汽化潜热。掌握该关系式后，即可自行计算涡轮机出口处于湿蒸汽区的情况。
在数学背景方面，建议接触状态量的偏微分与热力学关系式（如麦克斯韦关系式）。若将T-s图或P-h图比作“地图”，这些公式就是其“制图规则”。例如，通过这类公式可理解P-h图中蒸汽区等温线特定倾斜趋势的成因，从而获得全新的读图视角。
最后，在掌握本工具的基础原理后，推荐转向更复杂循环系统的学习。具体包括回收冷凝器废热的“回热循环”、与燃气轮机结合的“联合循环”、同时实现制冷与发电的“热电联产”等。这些系统本质上都是将您当前操作的基本朗肯循环与制冷循环作为模块进行组合优化而成。