新能源课件 第4章气体动力循环

1、第4章气体动力循环2022-3-1722022-3-1732022-3-1742022-3-1752022-3-176奥托循环奥托循环2022-3-1773241vvvv；3421vvvv2323TTPP1414TTPP21vv43123421)()(PPPPvvvvkkk43121TTTTk2022-3()(PPPPvvvvkkk43121TTTTk1423PPPP1423TTTT23PP14231423TTTTPPPP2323TTPP1414TTPP2022-3-179) 1() 1(1)()(1)()(11232141231423v14v12Ot,TTTTTTT

2、TTTTTcTTcqq2022-3-1710121TTk2111TTk121Ot,111kTT) 1() 1(1232141Ot,TTTTTT1423TTTT21Ot,1TT2022-3-17111Ot,11k2022-3-17121T2T1T2T1T1T2T2T12t1TT2022-3-17131Ot,11kvg1cRk2022-3-17142022-3-1715 柴油机工作过程的示功图柴油机工作过程的示功图2022-3-17162022-3-1717萨巴德循环中各转折点的参数关系萨巴德循环中各转折点的参数关系 循环的特征参数循环的特征参数sT4321ssPvv5vP1234Pssvv5压缩

3、比压缩比 21vv定容升压比定容升压比 23PP定压预胀比定压预胀比34vv 由绝热过程由绝热过程1-2 1112112)(kkTvvTT由定容加热过程由定容加热过程2-3 22323TPPTT由定压加热过程由定压加热过程3-4 33434)(TvvTT由绝热过程由绝热过程4-5 15445)(kvvTT2022-3-171815445)(kvvTT11445)(kvvTT134vv 145)(kTT萨巴德循环的热效率萨巴德循环的热效率 萨巴德循环萨巴德循环sT4321ssPvv534231qqq)()(34p23vTTcTTc)(15v512TTcqq133144)(kvvvvT134134

4、)(kvvvvTvP1234Pssvv52022-3-1719萨巴德循环萨巴德循环sT4321ssPvv512sab.t,1qq)()()(134p23v15vTTcTTcTTc)()()(1342315TTkTTTT1112112)(kkTvvTT22323TPPTT33434)(TvvTT145)(kTT) 1() 1(1111sab.t,kkk2022-3-1720萨巴德循环的热效率分析萨巴德循环的热效率分析 工质一定时，影响混合加热循环热工质一定时，影响混合加热循环热效率的因素为效率的因素为 、 、 ) 1() 1(1111sab.t,kkksT32154 3 2 4 保持进气状态和排

5、气状态不变保持进气状态和排气状态不变 放热平均温度将保持不变放热平均温度将保持不变 增大循环的压缩比增大循环的压缩比 、定容升压比、定容升压比 1T1T 循环循环123451 12 3 4 51吸热平均温度吸热平均温度提高提高循环热效率循环热效率 t提高提高2022-3-1721) 1() 1(1111sab.t,kkksT32154 保持进气状态和排气状态不变保持进气状态和排气状态不变 放热平均温度将保持不变放热平均温度将保持不变 压缩比压缩比 不变，不变，增大定压预胀比增大定压预胀比 1T1T 循环循环123451 123 4 51吸热平均温度吸热平均温度下降下降循环热效率循环热效率 t降

6、低降低3 4 由于绝热膨胀作功份额减少由于绝热膨胀作功份额减少 且定压加热过程的吸热份额增大且定压加热过程的吸热份额增大 预胀比预胀比 = 1时，即时，即v3=v4 时时混合加热循环将成为定容加热循环混合加热循环将成为定容加热循环 2022-3-17224.4 内燃机定压加热理想循环内燃机定压加热理想循环狄塞尔循环狄塞尔循环（Diesel cycle） 近代生产的一些高增压柴油机、汽车及船用高速柴油近代生产的一些高增压柴油机、汽车及船用高速柴油机采用接近为定压的燃烧过程机采用接近为定压的燃烧过程 理想化为定压加热循环理想化为定压加热循环狄塞尔循环狄塞尔循环 狄塞尔循环与萨巴德循环的不同仅在于狄

7、塞尔循环与萨巴德循环的不同仅在于加热过程加热过程完全定压完全定压，定容部分消失，定容部分消失，即即 = 12022-3-1723狄塞尔循环的工作过程狄塞尔循环的工作过程 T4321ssPvvP1234Pssvs1为进气状态为进气状态12 绝热压缩过程绝热压缩过程 23 定压加热过程定压加热过程 3-4 绝热膨胀过程绝热膨胀过程 4-1 定容放热过程定容放热过程 4废气状态，排气阀开启废气状态，排气阀开启狄塞尔循环的热效率狄塞尔循环的热效率 狄塞尔循环相当于定容升压比狄塞尔循环相当于定容升压比 = 1时的萨巴德循环时的萨巴德循环 ) 1() 1(1111sab.t,kkk) 1(111diese

8、lt,kkk2022-3-1724狄塞尔循环的热效率分析狄塞尔循环的热效率分析 ) 1(111dieselt,kkk 工质一定时工质一定时压缩比压缩比 t 预胀比预胀比 t 关系如图示关系如图示综合三种理论循环情况知，影综合三种理论循环情况知，影响内燃机循环热效率的主要因响内燃机循环热效率的主要因素是压缩比素是压缩比 2022-3-17254.5 三种内燃机理想循环的比较三种内燃机理想循环的比较 初态初态 1、压缩比、压缩比 及吸热量及吸热量q1 相同时相同时sT13 S4O23O4S3S3D4Dsv 三种循环进气状态三种循环进气状态1和压缩比和压缩比 相同时相同时压缩过程同为定熵过程压缩过程

9、同为定熵过程12放热过程在过点放热过程在过点1的同一定容线上的同一定容线上 由于由于T-s图上气体的定容线陡于定压线图上气体的定容线陡于定压线循环吸热量循环吸热量q1相同时相同时加热过程终态的加热过程终态的熵熵s4Os4S q2S q2O 2O 2S 2D12t1qq由由按另一种方法比较按另一种方法比较图中明显看出图中明显看出D1S1O1TTTD2S2O2TTT由由12t1TT 2O 2S 2D2022-3-1727sT13 S4O23O4S3S3D4Dsv 纯粹从热力学角度看来，定容加热内纯粹从热力学角度看来，定容加热内燃机循环比定压加热循环优越。不过从燃机循环比定压加热循环优越。不过从图上

10、可看出，这时定容加热循环所达到图上可看出，这时定容加热循环所达到的循环最高温度、最高压力值都最大，的循环最高温度、最高压力值都最大，就是说，相比之下定容加热循环机器的就是说，相比之下定容加热循环机器的工作条件最为严酷工作条件最为严酷 而且，实际上点燃式汽油机因存在爆燃问题不可能像而且，实际上点燃式汽油机因存在爆燃问题不可能像压燃式柴油机那样采用较高的压缩比，因此按压缩比相压燃式柴油机那样采用较高的压缩比，因此按压缩比相同来比较三种机器的前提条件不尽合理同来比较三种机器的前提条件不尽合理 若按同样工作强度来比较三种机器，情况将发生变化若按同样工作强度来比较三种机器，情况将发生变化2022-3-1

11、7283PmaxTmax1P 2D42O2S3SsTTmaxPmax12D342O2S3S 初态初态1、最高温度、最高温度Tmax、最大压力、最大压力Pmax 相同相同 三种循环进气状态三种循环进气状态1相同时相同时压缩过程在过点压缩过程在过点1的同一定熵线上的同一定熵线上放热过程在过点放热过程在过点1的同一定容线上的同一定容线上ss 最高温度相同最高温度相同 最大压力相同最大压力相同vv三种循环加热过程到达同一终态三种循环加热过程到达同一终态3最高温度、最大压力发生在加热过程终态最高温度、最大压力发生在加热过程终态定压加热定压加热(狄塞尔狄塞尔)循环循环12D341绝热膨胀作功过程同为绝热膨

12、胀作功过程同为34ss定容加热定容加热(奥托奥托)循环循环 12O341v混合加热混合加热(萨巴德萨巴德)循环循环12S341P2022-3-17293PmaxTmax1P 2D42O2S3SsTTmaxPmax12D342O2S3SssvvssvP 比较比较3种循环显见：种循环显见： 压缩比压缩比不同不同 D S O 放热量相同放热量相同q2D=q2S=q2O= q41 吸热量不同吸热量不同q1Dq1Sq1D（净功不同（净功不同 wD,netwS,netwO,net）12t1qq tD tS tO严格说来不同机器燃料不同无可比性严格说来不同机器燃料不同无可比性影响循环热效率的主要因素是压缩比

13、影响循环热效率的主要因素是压缩比 内燃机排气温度约为内燃机排气温度约为500，但压缩后的温度，但压缩后的温度t2可能更可能更高高无法作回热利用无法作回热利用2022-3-17302022-3-17314.6 燃气轮机装置定压加热理想循环燃气轮机装置定压加热理想循环 1压缩机压缩机燃烧室燃烧室燃气轮机燃气轮机234燃气轮机装置燃气轮机装置燃料燃料空气空气废气废气燃气燃气 燃气轮机装置工作过程燃气轮机装置工作过程 燃气轮机装置中的主要设备燃气轮机装置中的主要设备为为透平式空气压缩机透平式空气压缩机燃烧室燃烧室燃气轮机燃气轮机轴流式压气机不断将空气压送至燃烧室轴流式压气机不断将空气压送至燃烧室 燃料

14、喷入燃烧室中燃烧燃料喷入燃烧室中燃烧产生的高温高压燃气送至燃气轮机中膨胀作功产生的高温高压燃气送至燃气轮机中膨胀作功废气排放到大气中废气排放到大气中大气大气2022-3-1732 燃汽轮机装置定压加热理想循环燃汽轮机装置定压加热理想循环布雷敦循环布雷敦循环(Brayton cycle) 实际燃气轮机工作过程理想化为定实际燃气轮机工作过程理想化为定压加热循环压加热循环 工质视为某种定比热容理想气体工质视为某种定比热容理想气体工质压缩过程工质压缩过程12为定熵的绝热过程为定熵的绝热过程燃烧过程燃烧过程23视为定压加热过程视为定压加热过程工质在燃气轮机中定熵绝热膨胀工质在燃气轮机中定熵绝热膨胀34废

15、气排放到大气视同定压放热过程废气排放到大气视同定压放热过程41Ts1234PsPsP 4213PsPs布雷顿循环布雷顿循环2022-3-1733 布雷顿循环的热效率布雷顿循环的热效率 循环的吸热量循环的吸热量 )(23p23231TTchhqq 循环的放热量循环的放热量 )(14p14412TTchhqq 布雷敦循环的热效率布雷敦循环的热效率 )()(1123p14p12Bt,TTcTTcqq) 1() 1(1)()(12321412314TTTTTTTTTTTs1234PsPs2022-3-1734Ts1234PsPs由绝热过程由绝热过程12和和34 kkPPTT13434)(kkPPTT1

16、2121)(由定压过程由定压过程23和和41 2134PPPP2134TTTT2314TTTT21Bt,1TT) 1() 1(1232141Bt,TTTTTT布雷顿循环的热效率仅取决于布雷顿循环的热效率仅取决于压缩过程的始、末态温度压缩过程的始、末态温度 布雷顿循环布雷顿循环23PP 14PP 2022-3-173521Bt,1TT 不要与卡诺循环热效率表达式混淆不要与卡诺循环热效率表达式混淆 式中的式中的T1和和T2只不过是循环中只不过是循环中1点点和和2点的温度，并非吸热过程和放热点的温度，并非吸热过程和放热过程的热源温度！过程的热源温度！ 12PP 增压比增压比kkkkPPTT11121

17、2)(Ts1234PsPs布雷顿循环布雷顿循环kk 1Bt,11 布雷敦循环的热效率仅取决布雷敦循环的热效率仅取决于压缩过程的增压比于压缩过程的增压比 随随的增大而提高的增大而提高 2022-3-1736 布雷敦循环的功输出布雷敦循环的功输出 燃汽轮机装置常用作航空、船舰动力燃汽轮机装置常用作航空、船舰动力装置，希望自重尽量小，输出功率最大装置，希望自重尽量小，输出功率最大Ts1234PsPs 循环净功循环净功=两绝热过程技术功代数和两绝热过程技术功代数和 )()()()(12p43p1243netTTcTTchhhhw) 1()1 (121p343pTTTcTTTc按绝热过程参数关系按绝热过

18、程参数关系 kkTTTT14312)()1()11 () 1()11 (1113111p13pnetkkkkpkkkkTTTcTcTcw2022-3-1737)1()11 (11131netkkkkpTTTcw定义定义增温比增温比循环的最高温度与最低温度之比循环的最高温度与最低温度之比13TT) 1)(1(111pnetkkkkTcw 当工质一定、初态当工质一定、初态1一定时一定时 若若 一定，循环净功一定，循环净功wnet仅取决于仅取决于 wnet随增压比随增压比 提高先增大，到达极大值后反转减少提高先增大，到达极大值后反转减少 对应于对应于wnet,max的为最佳增压比的为最佳增压比 op

19、t燃气轮机装置循环燃气轮机装置循环的净功输出的净功输出wnet式中式中 cp、k、T1已知已知2022-3-1738 最佳增压比最佳增压比opt可利用可利用0ddnetw按此条件求得的该增压比为按此条件求得的该增压比为 求得求得) 1(2optkk增温比增温比 愈大，愈大， opt也愈大也愈大对应的对应的wo,max值也愈大值也愈大 燃汽轮机装置中压气机吸入的为大气，因而布雷顿循燃汽轮机装置中压气机吸入的为大气，因而布雷顿循环的初始温度环的初始温度T1不可能随意降低，为了提高循环的增温不可能随意降低，为了提高循环的增温比比 ，只有提高循环的最高温度，只有提高循环的最高温度T3在材料允许的条件下

20、，可尽量采用高的增温比在材料允许的条件下，可尽量采用高的增温比，以便获得尽可能大的循环热效率和装置功率输出以便获得尽可能大的循环热效率和装置功率输出 2022-3-1739 实际实际(不可逆不可逆)定压加热循环分析定压加热循环分析 实际定压加热循环是不可逆的实际定压加热循环是不可逆的 就热效率而言，只要吸热量和放热就热效率而言，只要吸热量和放热量一定则循环热效率一定量一定则循环热效率一定 与加热过程和放热过程是否可逆无关与加热过程和放热过程是否可逆无关 压气机和燃汽轮机工作过程的不可逆压气机和燃汽轮机工作过程的不可逆性则对实际循环的热效率有影响性则对实际循环的热效率有影响12t1qq 实际定压

21、加热燃气轮机装置循环实际定压加热燃气轮机装置循环12不可逆绝热压缩，非定熵过程不可逆绝热压缩，非定熵过程34不可逆绝热膨胀，非定熵过程不可逆绝热膨胀，非定熵过程23定压加热过程定压加热过程41定压放热过程定压放热过程Ts122s34s4实际定压加热燃气实际定压加热燃气轮机装置循环轮机装置循环12341布雷顿循环布雷顿循环12s34s12022-3-1740Ts122s34s4实际定压加热燃气实际定压加热燃气轮机装置循环轮机装置循环12341 压气机定熵效率压气机定熵效率1212csc,sc,shhhhwws4343sT,TsT,hhhhww 燃气轮机定熵效率燃气轮机定熵效率(相对内效率相对内效

22、率) 实际定压加热燃气轮机装置循环的净功输出实际定压加热燃气轮机装置循环的净功输出sc,1243sT,cTnet)()(sshhhhwww布雷顿循环布雷顿循环12s34s1 初态初态1、增压比、增压比 相同情况下相同情况下，实际，实际循环的压气机功耗和燃气轮机的功输循环的压气机功耗和燃气轮机的功输出与理想循环的差别由定熵效率表达出与理想循环的差别由定熵效率表达2022-3-1741Ts122s34s4sc,1243sT,cTnet)()(sshhhhwww 实际定压加热循环吸热量实际定压加热循环吸热量23231hhqq1212sc,shhhh 实际定压加热循环热效率实际定压加热循环热效率)(1

23、)()(12sc,13sc,1243sT,1nettssshhhhhhhhqw)(112sc,12shhhh)(112sc,131shhhhq2022-3-1742Ts122s34s4)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettssshhhhhhhhqw)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettsssTTTTTTTTqwTchp) 1(1) 1() 1()1 ()(1) 1()1 (12sc,13sc,123413sT,12sc,13sc,121343sT,tssssssTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT2022-3-1743kkkkPPTTTT111243

24、12)(ss13TT) 1(1) 1() 1()1 (12sc,13sc,123413sT,tsssTTTTTTTTTTsckkscsTkkt,1,11111 实际循环热效率实际循环热效率 t随随 及及 的的变化关系如图示变化关系如图示实际燃气轮机装置循环的热效率实际燃气轮机装置循环的热效率( c,s = c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)2022-3-1744实际燃气轮机装置循环的热效率实际燃气轮机装置循环的热效率( c,s = c,s =0.85;T1=290K;k=1.4) 初态、燃气轮机及压气机定初态、燃气轮机及压气机定熵效率一定的条件下：熵效率一定的条件下：增压比增压比

25、 一定时，增温比一定时，增温比 越越大，循环的热效率大，循环的热效率 t越高越高增温比增温比 一定时，循环热效率一定时，循环热效率 t随随增压比增压比 增大而变化有一极增大而变化有一极大值；大值；增温比增温比 越大该极大值越越大该极大值越大，相应的增压比也越大大，相应的增压比也越大kk 1Bt,11增压比增压比 对实际循环热效率的影响对实际循环热效率的影响与对布雷顿循环的影响不一样与对布雷顿循环的影响不一样2022-3-1745 提高循环增温比提高循环增温比 在于提高燃气轮机进口处的温度在于提高燃气轮机进口处的温度T3 涉及金属材料耐热强度极限问题，为寻找出路，正在研究使用涉及金属材料耐热强度

26、极限问题，为寻找出路，正在研究使用陶瓷材料作为替代陶瓷材料作为替代实行实行回热回热在回热的基础上实行在回热的基础上实行分级压缩、级间冷却和分级分级压缩、级间冷却和分级膨胀、中间再热膨胀、中间再热提高提高增温比增温比主要方向主要方向减小过程的减小过程的不可逆性不可逆性，提高其定熵效率，提高其定熵效率提高提高Bryton循环效率的方法循环效率的方法sckkscsTkkt,1,111112022-3-17461燃烧室燃烧室234带回热的燃气轮机装置带回热的燃气轮机装置燃料燃料空气空气废气废气燃气燃气燃气轮机燃气轮机压缩机压缩机564.6 燃气轮机装置定压加热燃气轮机装置定压加热-回热循环回热循环 主

27、要设备组成：主要设备组成： 带回热的燃气轮机装置带回热的燃气轮机装置压缩机压缩机回热器回热器燃烧室燃烧室燃气轮机燃气轮机工作过程：工作过程：压缩机压缩机吸入状态为吸入状态为1的空气的空气压缩至状态压缩至状态2，送入，送入回热器回热器在回热器中回热至状态在回热器中回热至状态5后送入燃烧室后送入燃烧室燃料喷入燃烧室燃烧生成高温高压燃气燃料喷入燃烧室燃烧生成高温高压燃气3，送入汽轮机送入汽轮机燃气在气轮机中膨胀作功后燃气在气轮机中膨胀作功后4排往回热器排往回热器排气在回热器中回热冷却至状态排气在回热器中回热冷却至状态6成废气，排入大气成废气，排入大气回热器回热器2022-3-1747 燃气轮机定压燃

28、烧燃气轮机定压燃烧-回热循环回热循环1燃烧室燃烧室234燃料燃料空气空气废气废气燃气燃气燃气轮机燃气轮机压缩机压缩机56回热器回热器Ts12s可逆绝热可逆绝热(定熵定熵)压缩压缩2s5定压回热定压回热 (回热器回热器)53定压加热定压加热 (燃烧室燃烧室)34s可逆绝热可逆绝热(定熵定熵)膨胀膨胀4s6定压回热定压回热 (回热器回热器)12s534s661定压放热定压放热(大气中大气中)理想回热循环理想回热循环回热回热不改变循环过程基本性质，利用放热过程的放热量不改变循环过程基本性质，利用放热过程的放热量 满足吸热过程需要。满足吸热过程需要。理想回热理想回热达到最大可能的回热程度，亦称极限回热

29、或完达到最大可能的回热程度，亦称极限回热或完 全回热。全回热。2022-3-17481燃烧室燃烧室234燃料燃料空气空气废气废气燃气燃气燃气轮机燃气轮机压缩机压缩机56回热器回热器Ts12s534s6理想回热过程理想回热过程(2) 燃气轮机出口工质燃气轮机出口工质4s，先将，先将余热交换给压缩机出口工质，余热交换给压缩机出口工质，降至状态降至状态6，等于等于压缩机出口处压缩机出口处的工质温度的工质温度T2s。(1) 压缩机出口工质压缩机出口工质2回热，回热，达到状态达到状态5，等于燃气轮机等于燃气轮机的排气温度的排气温度T4s； 回热器中最大可能的回热量回热器中最大可能的回热量q4s6=q2s

30、52022-3-1749Ts12s534s6(1) 过程性质不改变，端点状态不改变过程性质不改变，端点状态不改变 回热布雷顿循环特点回热布雷顿循环特点(2) 循环的循环的净功输出净功输出不变不变循环吸热量循环吸热量53531hhqq16612hhqq循环放热量循环放热量(4) 平均吸热温度平均吸热温度升高升高，平均放热温度，平均放热温度降低降低(6) 极限回热循环的热效率极限回热循环的热效率531661534t,121ssTTTT(5) 回热布雷顿循环的热效率回热布雷顿循环的热效率提高提高(3) 循环的吸、放热量均循环的吸、放热量均减少减少2022-3-1750实际燃气轮机装置回热循环实际燃气

31、轮机装置回热循环实际换热器实际换热器“端差端差”：冷流体出口温度比热流体的进口冷流体出口温度比热流体的进口温度低温度低47TT 28TT 热流体出口温度比冷流体的进热流体出口温度比冷流体的进口温度高口温度高Ts12345678 最大可能回热量最大可能回热量q46=q25=cp(T4T6) 极限回热循环为极限回热循环为1253461 实际回热循环为实际回热循环为1273481 实际回热量实际回热量q48=q27=cp(T4T8)回热度回热度实际回热对最大可能回热之比实际回热对最大可能回热之比1242724276427TTTThhhhhhhh1燃烧室燃烧室234燃料燃料空气空气废气废气燃气燃气燃气

32、轮机燃气轮机压缩机压缩机56回热器回热器2022-3-1751 燃气轮机装置回热循环一般燃气轮机装置回热循环一般 0.8回热度回热度实际回热对最大可能回热之比实际回热对最大可能回热之比实际回热循环实际回热循环1273481Ts12345678)(73p73731TTchhqq吸热量吸热量)(18p18812TTchhqq放热量放热量循环的循环的热效率热效率7318t,12734811TTTT2427TTTT循环端点状态已知时循环端点状态已知时,据据 可确定回热器出口温度可确定回热器出口温度T7、T82022-3-1752增压比增压比较小时回热措施对循环的热较小时回热措施对循环的热效率才会有较明

33、显的影响效率才会有较明显的影响Ts12345678随增压比随增压比 提高，提高，T2将不断提高将不断提高当增压比当增压比 高至令高至令T2 = T4 时，不可能有回热过程存在时，不可能有回热过程存在 2 回热适用范围回热适用范围回热措施只能在回热措施只能在陆用陆用的固定设备中采用；的固定设备中采用；船舰和航空动力装置要求有尽量小的设备自重，因而不会采用回船舰和航空动力装置要求有尽量小的设备自重，因而不会采用回热措施热措施 在在T3不变的情况下不变的情况下T4不断下降，回热量愈来不断下降，回热量愈来愈少愈少T33 4 特别注意特别注意2022-3-17534.7 多级压缩和再热的燃气轮机装置循环

34、多级压缩和再热的燃气轮机装置循环Ts12343 TmaxT1 图示为两级压缩，中间冷却、两级膨图示为两级压缩，中间冷却、两级膨胀，中间再热的燃气轮机装置理想循环胀，中间再热的燃气轮机装置理想循环第第1级压缩级压缩冷却器冷却器某中间压力某中间压力定压冷却定压冷却至初温至初温第第2级压缩级压缩绝热绝热绝热绝热燃烧室燃烧室定压加热定压加热第第1级燃气轮机级燃气轮机绝热膨胀绝热膨胀燃烧室燃烧室定压再热定压再热第第2级燃气轮机级燃气轮机绝热膨胀绝热膨胀排大气排大气定压放热定压放热某中间压力某中间压力至最高温度至最高温度2022-3-1754Ts12343 TmaxT1无限多级压缩、级间冷却至初温无限多级

35、压缩、级间冷却至初温定温压缩定温压缩无限多级膨胀、级间再热至最高温度无限多级膨胀、级间再热至最高温度定温膨胀定温膨胀极限极限极限极限配以完全回热时，循环将成为概括性卡诺循环配以完全回热时，循环将成为概括性卡诺循环max1t1TT 从热力学理论上看来从热力学理论上看来 这是燃气轮机装置工作温度范围这是燃气轮机装置工作温度范围(T1,T3)内所能达到的最大热效率！内所能达到的最大热效率！2022-3-1755Ts12343 2 1 4 P1P2 不过，不过，若仅采用定温压缩若仅采用定温压缩在布雷顿循环在布雷顿循环12341基础上基础上以及定温膨胀以及定温膨胀这时将形成一个新的循环这时将形成一个新的

36、循环12 234 41 如果不同时采取回热措施，新循如果不同时采取回热措施，新循环的热效率反而不如原来的高！环的热效率反而不如原来的高！证明如下：证明如下： 可以将定压加热过程向上延伸至可以将定压加热过程向上延伸至3 绝热膨胀至排气压力绝热膨胀至排气压力P2(4 ) 将定压放热过程向下延伸至将定压放热过程向下延伸至1 绝热压缩至新气压力绝热压缩至新气压力P1(2 )形成另一布雷顿循环形成另一布雷顿循环1 2 233 4 411 其实此循环是在循环其实此循环是在循环12341的基础上的基础上附加布雷顿循环附加布雷顿循环1 2 211 和和433 4 4构成构成2022-3-1756Ts12343

37、 2 1 4 P1P2布雷顿循环热效率仅取决于增压比布雷顿循环热效率仅取决于增压比 kk 1Bt,11图中图中4个布雷顿循环的热效率相同个布雷顿循环的热效率相同另一方面另一方面循环循环12 34 1 = 循环循环12341+循环循环12 21+循环循环43 4 421211, 12112, 1qq21211, 02112, 0ww21 211, t2112, t44433, t4434, t14321 , t13412, t12341, t13412, t44433, 24434, 2qq44433, 04434, 0ww（思考题（思考题10-4、10-5的解答）的解答）其中其中2022-3-

38、1757例例4-1(习题习题10-18) 某电厂以燃气轮机装置产生动力，向发电机输出的功率为某电厂以燃气轮机装置产生动力，向发电机输出的功率为20 MW，循环简图如图，循环简图如图10-23，循环最低温度为，循环最低温度为290 K、最高为、最高为1500 K,循环最低压力为循环最低压力为95 kPa、最高压力为、最高压力为950 kPa。循环中设一回。循环中设一回热器，热器，回热度为回热度为75% 。压气机绝热效率。压气机绝热效率 c,s = 0.85，燃气轮机的，燃气轮机的相对内部效率相对内部效率 T = 0.87。(1)试求燃气轮机发出的总功率、压气机试求燃气轮机发出的总功率、压气机消耗

39、的功率和循环热效率；消耗的功率和循环热效率；(2)假设循环中工质自假设循环中工质自1800 K的高温的高温热源吸热，向热源吸热，向290 K的低温热源的低温热源(环境介质环境介质)放热，求每一过程的放热，求每一过程的不可逆损失。不可逆损失。 解：认为燃气轮机的工质是空气，且为定比解：认为燃气轮机的工质是空气，且为定比热容理想气体热容理想气体 5678Ts122s34s4 12s34s1为理想循环为理想循环布雷顿循环布雷顿循环 考虑压气机、燃气轮机定熵效率时的实际考虑压气机、燃气轮机定熵效率时的实际循环为循环为12341 极限回热时极限回热时T4=T5 ；T2=T6，考虑回热度时循环为考虑回热度

40、时循环为12734812022-3-1758.循环中各端点的温度：循环中各端点的温度：K 90.559)95950(290)(4 . 114 . 11121s2kkPPTT5678Ts122s34s4K 92.776)95095(1500)(4 . 114 . 11213s4kkPPTT燃气轮机的定熵效率（相对内效率）燃气轮机的定熵效率（相对内效率） s4343s4343TTTTThhhhK 92.87087. 0)92.7761500(1500)(s4334TTTTT压气机的定熵效率压气机的定熵效率 85. 029029090.5592121s2121s2sc,TTTTThhhh2022-3

41、-17595678Ts122s34s4K 53.60729085. 029090.5592T由回热度的定义由回热度的定义 有, 2427TTTTK 07.80553.607)53.60792.870(75. 0)(2247TTTT燃气轮机的轴功：燃气轮机的轴功： kJ/kg 23.632)92.8701500(005. 1)(43p43TTTchhhw压气机消耗的轴功：压气机消耗的轴功： kJ/kg 12.319)29053.607(005. 1)(12p12cTTchhhw85. 029029090.5592T2022-3-17605678Ts122s34s4燃气轮机的工质流率：燃气轮机的工

42、质流率： )( gcTWwwmkg/s 875.6312.31923.63210203cTgwwWm 燃气轮机发出的总功率燃气轮机发出的总功率 MW 38.4023.632875.63TTwmW 压气机消耗的功率压气机消耗的功率 MW 38.2012.319875.63ccwmW循环的吸热量循环的吸热量 kJ/kg 40.698)07.8051500(005. 1)(73p731TTchhq2022-3-17615678Ts122s34s4 循环的热效率循环的热效率 4483. 040.69812.31923.6321cTtqww. 定压加热过程的不可逆损失：定压加热过程的不可逆损失： 过程的熵产量过程的熵产量 K)kJ/(kg 2374.018