蒸汽轮机的运行原理基于热力循环和能量转换过程，具体可分为以下几个步骤：

一、热力循环过程

燃料燃烧与热交换

燃料在锅炉中与空气混合燃烧，产生高温高压的热气体。热气体通过锅炉内的管道传递热量，使水加热汽化成蒸汽。

蒸汽膨胀与动能转换

高温高压蒸汽进入汽轮机后，通过固定叶片的喷嘴加速膨胀。根据伯努利方程，蒸汽压力降低、体积增大，热能转化为动能。

动能传递与机械能生成

膨胀后的蒸汽以高速冲击汽轮机动叶片（如叶轮），推动转子旋转。蒸汽的动能在此过程中完全转换为机械能。

冷凝与循环利用

蒸汽离开叶片后进入冷凝器冷却凝结成水，再通过给水系统重新送回锅炉循环使用。

二、能量转换核心机制

第一次能量转换：

蒸汽在喷嘴中通过等熵膨胀，热能转化为动能（$E_p \rightarrow E_k$）。

第二次能量转换：高速蒸汽冲击动叶片，动能转化为机械能（$E_k \rightarrow E_k + E_p$，其中$E_p$为静压能）。

三、关键影响因素

蒸汽参数：

蒸汽的压力、温度和流量直接影响蒸汽轮机的效率和功率输出。

叶片设计：

动叶片的形状和角度优化可提高能量转换效率，例如采用反动型叶片可利用蒸汽全程做功。

系统损耗：

包括热损失、机械摩擦等，需通过技术改进降低以提升整体效率。

四、应用场景

蒸汽轮机主要用于大型火力发电厂、核电站和工业动力系统，其高转速（可达3000-4000rpm）和高效能量转换能力使其成为主流动力设备。