第十三讲气体动力循环-燃气轮机循环

气体动力循环分类气体动力循环分类活塞式pistonengine按结构汽车，摩托，小型轮船按结构叶轮式Gasturbinecycle航空，大型轮船，移动电站联合循环的顶循环y联合循环的顶循环工程热力学气体动力循环气体动力循环GasPowerCycleGasPowerCycle工程热力学气体动力循环气体动力循环本章基本要求本章基本要求熟练掌握分析动力循环的一般方法，活塞式内燃机循环以及燃气轮机装置循环的组成、热效率计算及提高气体动力循环效率的方法和途径。本章重点本章重点熟悉理想气体动力循环图示与计算理想气体动力循环的热力学比较提高燃气轮机装置热效率的热力学措施工程热力学提高燃气轮机装置热效率的热力学措施工程热力学斯特林（Stirling)循环斯特林（Stirling)循环1816年提出，近几十年才实施1816年提出，近几十年才实施加热器冷却器回热器冷气室热气室1-2T压缩2-3V吸热3-4T膨胀41V放热工程热力学AB4-1V放热斯特林循环图示斯特林循环图示概括性卡诺循环核潜艇，制冷pT概括性卡诺循环核潜艇，制冷334pT2244121工程热力学vs勃雷登循环（BraytonCycle）勃雷登循环（BraytonCycle）用途：用途：航空发动机航空发动机尖峰电站尖峰电站移动电站移动电站大型轮船大型轮船联合循环的顶循环工程热力学联合循环的顶循环勃雷登循环示意图和理想化勃雷登循环示意图和理想化2323燃烧室Combustionchamber压气机燃气轮机Combustionchamber压气机CompressorTurbine14理想化11）工质：数量不变，定比热理想气体理想化：2）闭口循环3）可逆过程工程热力学2）闭口循环3）可逆过程T-sandP-vdiagramsfortheidealBraytonCyclepT323342324141vs工程热力学v勃雷登循环的计算勃雷登循环的计算T吸热量：T3吸热量：1p32qcTT24放热量：12p41qcTT1热效率：TTs12241t1113211wqqqTTqqqTT工程热力学11132qqq勃雷登循环热效率的计算113322kkkkTppT勃雷循环热效率的计算T3热效率：41TT4411TppT3441t1TTTT1111TTT2432TT3221TTT1112211111kTTTs22211kTpTp11T1p1t,C31T热效率表达式似乎与卡诺循环一样工程热力学热效率表达式似乎与卡诺循环样勃雷登循环热效率的计算勃雷循环热效率的计算T3热效率：34t111kk111kk2421kppk11定义：压比2ps定义：压比1pPressureratiotkt工程热力学勃雷登循环净功的计算勃雷循环净功的计算T33241ppwcTTcTT净3434211ppTTTcT2411111pcTTTT11kk11111kkkkpcTs定义：循环增温比3T定义：循环增温比31T工程热力学对净功的影响对净功的影响T3111kkkkT3411kkpwcT净3’244’当不变14w净sT不变111tkk31TT但T受材料耐热限k工程热力学但T3受材料耐热限制对净功的影响T111kkkkTT11kkpwcT净3T当不变太大w净太小tw1Ts太大tw净存在最使最大1131TT存在最佳，使最大w净11tkk工程热力学1T最佳增压比（w净）的求解opt净T111kkkkTpT11kkpwcT净3T令0w净2(1)()kk1Ts2(1)opt()kw净2最大循环净功211optpwcT工程热力学燃气轮机的实际循环燃气轮机的实际循环T3压气机：不可逆绝热压缩34燃气轮机：不可逆绝热膨胀2’4’24hh定义：1'21c12hhhh压气机绝热效率s12'3hh燃气轮机相对内效率'34oi34hhhh工程热力学燃气轮机的实际循环的净功燃气轮机的实际循环的净功T3净功342’4’'''3142whhhh净净功2421oi34hhhh1c'ks吸热量'21hh21koptoicw净吸热量''2113312chhqhhhh工程热力学燃气轮机的实际循环的热效率燃气轮机的实际循环的热效率TT34’1热效率242’41'1oikckw1''111ckwq净t1111kckqs工程热力学影响燃气机实际循环热效率的因素燃11oik1'''11kckwq净t11111kckq1·oic't·一定，'t·有最'一定，有最佳optt·'右移工程热力学optt右移和的关系'optt'optw净和的关系p''optw净'optt地面上，尺寸次要，省燃料，取'optt空中，尺寸重要，取'optw净提高受材料耐热限制有无提高t取最佳有无其它工程热力学其它途径提高勃雷登循环热效率的其他途径提高勃雷登循环热效率的其他途径一、回热T4在500oC以上3T、回热若使T4T4在500C以上44p不可能244p如果T4T221预热空气，回热RtisRegeneration工程热力学勃雷登循环回热示意图勃雷登循环回热示意图Rt23回热器2ARegenerator2燃烧室4R压气机燃气轮机14工程热力学回热在Ts图上的表示热在图的表示理想回热：2R4R3T理想回热：实际回热:2R4R2A342R2定义：回热度hhEffectiveness244RR2A22Ahhhh一般取0.6~0.9214R22Rhhw净1stt1q净回简工程热力学压气机间冷intercooling的图示压气机间冷intercooling的图示Itl23间冷器5Intercooler燃烧室562’燃气轮机24压气机1工程热力学压气机间冷在T图上的表示压气机间冷在Ts图上的表示3Tt1wq净间？341q12341和62’256联合工作242’5A12341和62256联合工作ABww净净1265ABt1A1Bqq间1s6tt间简ww间简结论：工程热力学s压气机间冷热效率的推导压气机间冷热效率的推导ABtA1AtB1Bwwqq净净ABtA1AtB1Bt1A1B1A1Bqqqqqq净净间1A1BtAtBqqtAtB1A1B1A1Bqqqq当当tAtBtAtBt间tAtBtAtBt间AB间工程热力学tAtBtAtBt间间冷＋回热示意图间冷回热示图回热器IntercoolerRegenerator间冷器回热器IntercoolerRegenerator3燃烧室542R3燃烧室62’4R14燃气轮机压气机工程热力学燃气轮机间冷＋回热在Ts图上的表示间冷回热在图的表示3Ttt1wq净间+回简341q2Rw净242’5Rtt1q净间+回回12654Rttt间+回回简结论：1s6www间+回回简工程热力学s再热reheating示意图再热g示图燃烧室1Reheater23燃烧室1燃烧室23’Reheater2燃烧室25114’压气机燃气轮机工程热力学压气机再热在Ts图上的表示再热在Ts图上的表示3T3’结论：4’4tt再简524tt再简ww再简1再简1s工程热力学再热＋回热示意图再燃烧室2燃烧室Reheat-regenerativecycle燃烧室2回热器燃烧室1234R2R3’34R514’压气机燃气轮机工程热力学14压气机再热＋回热在Ts图上的表示再热＋回热在Ts图上的表示21q3T3’22t+t11qq再回回4’452Rww再+回回244R2qq2回再+回1结论：Rttt再+回回简1swww再+回回简工程热力学再热+间冷+回热示意图再热+间冷+回热示意图燃烧室回热器间冷器燃烧室3燃烧室2回热器间冷器燃烧室122R2R4R1压气机燃气轮机工程热力学14再热+间冷+回热在Ts图上的表示再热间冷回热在Ts图上的表示w3Ttt+1wq净再+间+回再回21q2R结论24+ww再+间+回再回结论：1再间＋回再回回简4Rs1tttt再+间＋回再+回回简wwww再+间＋回再+回回简工程热力学再+间＋回再+回回简无穷多级的极限情况无穷多级的极限情况两个等温过程3T两个等温过程两个等压过程++回热24回热1概括性卡诺循环Ericssoncycle1s级数越多越复杂造价越高般23级Ericssoncycle工程热力学级数越多，越复杂，造价越高，一般2~3级小结Summary小结Summary燃气轮机循环：理想循环和实际循环的燃气轮机循环：理想循环和实际循环的计算和比较高效率提高热效率的手段：回热间冷回热间冷+回热再热+回热再热+回热工程热力学