关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究
燃气轮机循环有限时间热力学研究新进展
第 ４ 卷 第 ３期 ｌ ２ １ ９月 ０ ２年
Ｖｏ ． １ １ ４ Ｎｏ ３ ．
Ｓｅ ｔ２ ２ ｐ ． ０１
燃 气轮机 循 环有 限 时 间热 力 学研 究新 进展
王 文华 ， 陈林根 ， 戈延 林 ， 丰瑞 孙
（ 海军工程大学动力工程学院 ， 汉 ４ ０ ３ ） 武 ３０ ３
摘
学理 论和方 法来研 究 燃气 轮 机循 环性 能 。本 文将 在概述有 限 时 问热 力 学 理 论 产 生 和 发 展 的 基 础
ｉ ｅ ｅ ｓｂ ｌ ｉｓ ｉ ｅ ｌ ｐ ｗｅ ｌｎ ｓ ａ ｅ ｔｋ ｎ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｙ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ｆ ｉ ｉ ｈ ｒ ｏ ｙ ａ ｃ ，ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｒｉ ｉ ｔ ｎ ｒ ａ ｏ ｒ ｐ ａ ｔ ｒ ａ ｅ ｎｏ ａ ｃ ｕ ｔ ｂ ｓｎ ｈ ｎ ｔ ｔ ｒ ｉｅ ｉ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｍ ｄ ｎ ｍｉｓ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｅ ｏ ｉｄ ｈ ｉ ｔｇ ａｅ ｏ ｔ ｍ ｃ ｃｅ ｐ ｒｏ ａ ｃ ． Ｓ ｍｅ ｎ ｗ ｅ ｕｔ ｄ ｆ ｒ ｎ ｆ ｍ ｔ ｏ ｅ ｆ ｌｓ ｉａ ｍｂ ｄ ｅ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｐ ｉ ｍｕ ｙ ｌ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆｍ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｉｅｅ ｔ ｒ ｆ ｏ ｈ ｓ ｏ ｃａ ｓ ｌ ｃ ｔ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｒ ｌｏ ｇｖ ｎ ｈ ｒ ｄ ｎ ｍｉｓ ａｅ ａ ｓ ｉｅ ． ｍ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｔ ｔ ｆ ｉ ｉ ｈ ｒ ｏ ｙ ａ ｃ ； ｇ ｓ ｔ ｒ ｉ ｅ ｃ ｃｅ； ｃｏ ｅ ｃ ｃ ｅ ｏ ｅ ｃ ｃｅ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｃ ｃｅ； ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｍ ｄ ｎ ｍｉｓ ａ ｕｂｎ ｙ ｌ ｌｓ ｄ ｙ ｌ ； ｐ ｎ ｙ ｌ ； ｏ ｅ ｅ ａｉ ｙ ｌ ｏ
闭式注蒸汽燃气轮机循环
闭式注蒸汽燃气轮机循环
闭式注蒸汽燃气轮机循环是一种基于蒸汽和燃气混合循环的热
力循环系统。
它采用燃气轮机和蒸汽轮机的组合，旨在提高能源利用效率。
闭式注蒸汽燃气轮机循环的基本原理是将燃烧产生的高温燃气
经过燃气轮机转化为机械能，然后将燃气冷却至较低温度，再通过燃气锅炉或余热锅炉产生蒸汽。
蒸汽进入蒸汽轮机，再次转化为机械能，并将其余的热量释放到冷却剂中。
冷却剂再次经过燃气轮机循环，形成一个闭合的循环。
闭式注蒸汽燃气轮机循环的特点是能够同时利用燃气和蒸汽的
热能，提高能源利用效率。
由于燃气轮机和蒸汽轮机的组合，可实现不同工况下的灵活运行，适应不同负载需求。
此外，闭式注蒸汽燃气轮机循环还可以利用余热，提高系统的热能回收效率，减少能源浪费。
闭式注蒸汽燃气轮机循环在工业领域广泛应用，特别是在发电厂和工业厂房等需要大量热能的场所。
通过优化系统设计和运行参数，闭式注蒸汽燃气轮机循环可以达到较高的能源利用效率，并减少对环境的影响。
南航工程热力学考研2012-2016真题
变。试求整个装置的循环热效率以及对外能够输出的净功量。空气为理想气体，定压比热容 为定值 1.004kJ/(kg·K)，气体常数 Rg 为 0.287 kJ/(kg·K)。 （本题 15 分）
817 工程热力学 第 4 页 共 4 页
南京航空航天大学 2013 年硕士研究生入学考试初试试题（
四、 （10分）压缩空气的压力为 1.2 MPa，温度为 380 K。由于输送管道的阻力和散 热，流至节流阀门前压力降为 1 MPa、温度降为 300 K。经绝热节流后压力进一步降 到 0.7 MPa。试求每千克压缩空气由输送管道散到大气中的热量，以及空气流出节流 阀时的温度和节流过程的熵增（假设空气为理想气体， k=1.4 ，定压比热容为定值 1.005kJ/(kg·K)） 。 五、 （15 分）分析刚性容器绝热充气问题（如下图） ，管道内空气参数为 p0 , T0 ，充气前容器 内空气参数为 p1 , T1 ，充气结束后容器内空气参数为 p2 , T2 。假设空气为理想气体，比热均视 为 定 值 比 热 ， 比 热 比 为 k c p / cv ， 试 证 明 充 气 前 后 空 气 状 态 参 数 有 如 下 关 系 ：
南京航空航天大学 2012 年硕士研究生入学考试初试试题（ A 卷）
科目代码：
817
科目名称：
工程热力学
满分：
150
分
பைடு நூலகம்
；②所有答案必须写在 答题纸 上，写在本试题纸或 注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项 认真阅读答题纸上的注意事项； 所有答案必须写在答题纸 答题纸上 ③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！ 草稿纸上均无效；③ 草稿纸上均无效；
6、（6 分）工质经过一个不可逆循环后，工质的熵将如何变化？工质和高、低热源交换的 总热量是否大于循环总输出的功？请分析并简要说明原因。 7、（6 分）冬季一个封闭的房间内采用电加温器取暖，请简要分析房间内空气的相对湿度 和含湿量的变化趋势。 8、（6 分）压缩比升高对汽油机所对应的定容加热理想循环的热效率有何影响？是否压缩 比越高越好？
正反向布雷顿循环有限时间热力学分析与优化研究进展
中图分类号 ：Ｋ ７ Ｔ ４１
随着 我 国经 济 的 持 续高 速 发 展 ， 源 的需 求 日 能
长期 的课 题 。而使 用这 些热 力循 环来 实现 能量 的转
换利 用 的热机 、 制冷 机 和热泵 的性 能就 成为 了关 键 。
益增 强 ， 要 维持 国家经济 可 持续 发展 ， 可预见 的 若 在 未 来 ， 源 的稳定 供 应 必 然成 为 国 家 战 略 中 的重 中 能 之重 。就 目前 我 国 的 能 源形 势 而 言 ， 方 面 国 内能 一 源面 临紧 缺 的局 面 ， 同时还 有 大量效 益 较低 ， 于高 属 耗能 、 高污 染 的产 业 ； 另一 方 面 ， 于不 可 再 生 资 源 由
的依赖 日益严 重 已成 为不 争 的事实 。能 源 问题若 得 不 到很 好 的解 决 ， 势必 影 响我 国 的长 远发 展 。 哥 本 哈根气 候 峰会 之后 ， 少碳 排放 、 护环 境 减 保 的共识 在 全 世 界 各 国进 一 步 获 得 加 强 。２ １ ０ ０年 上
社 会各方 面需 求 的发 展 ， 用 简单 循 环 的热 机 、 冷 使 制 机 或热泵 已满 足不 了使用 要求 ， 时人们 就考虑构 建 这 比较复杂 的布雷 顿循 环 以提 高性 能 。图 １给 出 了简 单 布雷顿循环 的 Ｔ— ｓ图 ， 当循环 按顺 时针 工作 时 即 为热机循 环 ， 逆时针工作 时即为制冷 或热泵循环 。 按
作 循环 的热机 、 制冷 机 、 泵 等 的研 究层 出不穷 。无 热
论 是热机循 环 ， 是制 冷或 热 泵循 环 ， 还 早期 关 于布 雷
顿循环 的研 究 和应 用都 是针 对 简单 循环 。后来 随着
国不 利 。与此 同时 ， 国家 能 源局 的预计 ， 据 近年来 我 国 的能源 进 口还将 持 续 增 加 ， 国经 济 对 进 口能 源 我
有限时间热力学： 优化活塞行动改进的发动机性能-毕业论文外文翻译
外文翻译原文Engine performance improved by optimized piston motion(Otto cycle/optimized heat engines/optimal control)ABSTRACT The methods of finite-time thermodynamics are used to find the optimal time path of an Otto cycle with friction and heat leakage. Optimality is defined by maximum power-is obtained. The result is an improvement of a conventional near-sinusoidal engine.Finite-time thermodynamics is an extension of conventional thermodynamics relevant in principle across the entire span of the subject. From the most abstract level to the most applied. The approach is based on the construction of generalized thermodynamic potentials for processes containing time or rate conditions among the constraints on the system and on the determination of optimal paths that yield the extrema corresponding to those generalized potentials.Heretofore,work on finite-time thermodynamics has concentrated on rather idealized models and on existence theorems, all on the abstract side of the subject. This work is intended as a step connecting the abstract thermodynamic concepts that have emerged in finite-time thermodynamics with the practical, engineering side of the subject, the design principles of a real machine.In this report, we treat a model of the internal combustion engine closely related to the ideal Otto cycle but with rate constraints in the form ofthe two major losses found in real engines. We optimize the engine by”controlling”the time dependence of the volume-that is, the piston motion. As a result, without undertaking a detailed engineering study, we are able to understand how the losses are affected by the time path of the piston and to estimate the improvement in efficiency obtainable by optimizing the piston motion.THE MODELOur model is based on the standard four-stroke Otto cycle. This consists of an intake stroke, a compression stroke, a power stroke, and an exhaust stroke. Here we briefly describe the basic features of this model and the method used to find the optimal piston motion. A detailed presentation will be given elsewhere.We assume that the compression ratio, fuel-to-air ratio, fuel consumption, and period ofthe cycle all are fixed. These constraints serve two purposes. First, they guarantee that the performance criteria not considered in this analysis are comparable to those for a real engine. Relaxing any of these constraints can only improve the performance further.We take the losses to be heat leakage and friction. Both of these are rate dependent and thus affect the time response of the system. The heat leak is assumed to be proportional to the instantaneous surface of the cylinder and to the temperature difference is large only on the power stroke, heat loss is included only on this stroke. The friction force is taken to be proportional to the piston velocity, corresponding to well-lubricated metal-on-metal sliding; thus, the frictional losses are directly related, to the square of the velocity. There losses are not the same for all strokes. The high pressures in the power stroke make its friction coefficient higher than in the other strokes. The intake stroke has a contribution due to viscous flow through the valve.The function we have optimized is the maximum work per cycle. Because both fuel consumption and cycle time are fixed, this also is equivalent to maximizing both efficiency and the average power.In finding the optimal piston motion, we first separated the power and nonpower strokes. An unspecified but fixed time was allotted to the power stroke with the remainder of the cycle time given to the nonpower strokes. Both portions of the cycle were optimized with this time constraint and were then combined to find the total work per cycle. The duration of the power stroke was then varied and the process was repeated until the net work was a maximum.The optimal piston for the nonpower strokes takes a simple form. Because of the quadratic velocity dependence of the friction losses, the optimum motion holds the velocity constant during most of each stroke. At the ends of the stroke, the piston accelerates and decelerates at the maximum allowed rate. Because the friction losses are higher on the intake stroke, the optimal solution allots more time to this stroke than to the other two. The piston velocity as function of time is shown in Fig.1.The power stroke was more difficult to optimize because of the presence of the heat leak.The asymmetric shape of the piston motion on the power stroke arises from the trade-off between friction and heat leak losses. At the beginning of the stroke the gases are hot, capable of yielding high efficiency, and the rate of heat loss is high. It is therefore advantageous to make the velocity high on this part of the stroke. As work is extracted, the gases cool and the rate of heat leakage diminishes relative to frictional losses. Consequently the optimal path moves to lower velocities as the power stroke proceeds.The solutions were obtained first with unlimited acceleration and then with limits on acceleration and deceleration. The latter situation yields a result familiar in other contexts under the name of “turnpike”solution. The system tries to operate as long as possible at its optimal forward and backward velocities, by accelerating and decelerating between these velocities at the maximum rates. In this way, the system spends as much time as possible along its best or turnpike path.RESULTSParameters for the computations were taken from ref. 10 or, in the case of the friction coefficient, adjusted to give fictional losses of the magnitude cites in ref. 10. Those parameters are given in Table 1. The results of the calculations of some typical cases are given in Table 2, where they are compared with the conventional Otto cycle engine having the samecompression ratio but a standard near-sinusoidal motion. The effectiveness (the ratio of thework done to the reversible work, also called the second-law efficiency)is slightly higher for the conventional engine, the effectiveness increases 9%; if the acceleration is unconstrained, the improvement in effectiveness goes up to 11%.These values are typical, not the most favorable. If the total losses of the conventional engine are held approximately constant but shifted to correspond to about 80% larger heat loss and about 60% smaller friction loss, the gain in effectiveness goes up, reaching more than 17% above the effectiveness of the corresponding conventional engine.The principal source of the improvement in use of energy in this analysis is in the reduction of heat losses when the working fluid is near its maximum temperature. This is why the improvement is greater for engines with large its maximum temperature. This is why the improvement is greater for engines with large heat leaks and friction than for engines with relatively better insulation but higher friction.Finally, it is instructive to examine the path of the piston in time, for the optimized engine and for its conventional counterpart. The position of the piston as a function of time is shown for these two cases in Fig. 2In closing, emphasize the unconventional approach to optimizing a thermodynamic system illustrated by this work. Instead of controlling heat capacities, conductances, friction coefficients, reservoir temperatures, or other usual parameters of thermodynamic engines, we have controlled the time path of the engine volume.有限时间热力学：优化活塞行动改进的发动机性能(奥托循环或优化热引擎或最优控制)摘要利用有限时间热力学方法发现奥托循环的优先时间路径及摩擦和热渗漏。
工程热力学间接燃气轮机循环的热力学性能计算
工程热力学间接燃气轮机循环的热力学性能计算在工程热力学中，间接燃气轮机循环是一种广泛应用于能源领域的热动力循环。
它利用燃气轮机与蒸汽轮机的联合工作方式，最大化地提高了能源转换效率。
本文将针对间接燃气轮机循环的热力学性能进行计算和分析。
1. 循环结构间接燃气轮机循环由燃气轮机循环和蒸汽轮机循环组成。
燃气轮机循环采用高温高压的燃气作为工质，通过燃烧产生高温高压的燃气，推动燃气轮机转动。
而蒸汽轮机循环则采用低温低压的水蒸汽作为工质，通过燃烧产生的废热，生成蒸汽推动蒸汽轮机转动。
2. 燃气轮机循环计算在燃气轮机循环中，根据燃气的性质和参数，可以计算出燃气的进口工质状态和出口工质状态，以及燃气轮机的功率输出和热效率。
根据热力学原理，可以利用燃气轮机的进口工质状态和出口工质状态的热力学参数，计算出燃气轮机循环的热力学性能。
3. 蒸汽轮机循环计算在蒸汽轮机循环中，根据废热的温度和压力参数，可以计算出燃气轮机的进口蒸汽状态和出口蒸汽状态，以及蒸汽轮机的功率输出和热效率。
根据热力学原理，可以利用蒸汽轮机的进口蒸汽状态和出口蒸汽状态的热力学参数，计算出蒸汽轮机循环的热力学性能。
4. 效率计算通过上述的燃气轮机循环和蒸汽轮机循环的计算，可以得到整个间接燃气轮机循环的热力学性能，包括总功率输出和总热效率。
将燃气轮机循环和蒸汽轮机循环的功率输出进行累加，即可得到整个间接燃气轮机循环的总功率输出。
而整个循环的热效率则为总功率输出与燃料燃烧所释放热能之比。
5. 热力学性能评估通过对间接燃气轮机循环的热力学性能计算，可以评估其能源转换效率的高低。
较高的热效率意味着在同样的燃料消耗下可以获取更多的功率输出，从而提高能源利用率。
同时，对不同参数和工况的计算和分析，可以帮助优化间接燃气轮机循环的设计和运行参数，进一步提高其性能和经济性。
总结：工程热力学间接燃气轮机循环的热力学性能计算旨在评估其能源转换效率的高低。
通过燃气轮机循环和蒸汽轮机循环的计算，可以得到整个循环的总功率输出和总热效率。
工程热力学燃气轮机联合循环的特点及其热力学分析
工程热力学燃气轮机联合循环的特点及其热力学分析燃气轮机是一种高效率、高功率密度和适用范围广的热力装置，可广泛应用于电力、航空、航天等领域。
在工程热力学中，燃气轮机联合循环被广泛研究和应用，其具有以下几个主要特点及其热力学分析。
一、工程热力学燃气轮机联合循环的特点1. 高效性：燃气轮机联合循环具有高效率的特点。
通过燃气轮机与蒸汽轮机的联合运行，可以充分利用燃气轮机排放的高温废气，提高热能的利用率。
燃气轮机的高温排气可以直接供给蒸汽轮机，产生额外的功率输出，大大增加了系统的总效率。
2. 灵活性：燃气轮机联合循环具有较高的运行灵活性。
由于燃气轮机和蒸汽轮机是独立的装置，可以分别进行调节和控制，根据实际需要对两者进行协调运行，提高系统的灵活性和可调性。
3. 低污染排放：燃气轮机联合循环还具有低污染排放的特点。
燃气轮机的燃烧过程相对较为完全，排放的氮氧化物和二氧化硫等污染物含量较低，使得联合循环系统的环境影响较小。
二、热力学分析1. 燃气轮机分析燃气轮机是联合循环系统中的主要能量转换设备。
其工作过程可以通过热力学分析进行详细描述。
首先是燃气轮机的空气压缩过程，通过压缩机将空气压缩至相应压力，使其进入燃气轮机的燃烧室。
接下来是燃气轮机的燃烧过程，通过燃料喷射和点火，燃烧室内的燃料与空气混合并燃烧，产生高温高压气体。
然后是燃气轮机的膨胀过程，高温高压气体进入轮叶机组，推动轮叶旋转并输出功率。
最后是燃气轮机的排气过程，利用废气余热进行热回收，产生高温高压蒸汽或提供给其他能量转换设备。
2. 蒸汽轮机分析蒸汽轮机是联合循环系统中起辅助能量转换作用的设备，其工作过程也可以通过热力学分析进行详细描述。
首先是蒸汽的产生过程，利用燃气轮机的高温排气进行余热回收，在燃气轮机废气锅炉中产生高温高压蒸汽。
接下来是蒸汽的膨胀过程，高温高压蒸汽进入蒸汽轮机的轮叶机组，推动轮叶旋转并输出功率。
最后是蒸汽的排放过程，在蒸汽轮机出口处将低压蒸汽排出，完成蒸汽轮机的工作。
燃气轮机热力学分析与优化研究
燃气轮机热力学分析与优化研究燃气轮机广泛应用于发电、航空、海洋等领域，因其高效率、快速响应和低污染排放等特点备受青睐。
然而，燃气轮机的热力学效率和可靠性仍然需要进一步提高，因此，对于其工作原理和优化设计进行深入研究是非常必要的。
本文将从热力学基础知识出发，介绍燃气轮机的工作原理，分析其热力学性能，并探讨如何优化燃气轮机的运行效率与可靠性。
一、燃气轮机的工作原理燃气轮机是由压气机、燃烧室和涡轮组成。
压气机将大气中的空气压缩到高压状态，经过燃烧室之后，高温高压的燃气驱动涡轮旋转，驱动发电机或提供动力。
1. 压气机压气机是燃气轮机中负责将空气压缩的部件。
它通常由多级叶轮和导向叶片组成，其中每一级叶轮和导向叶片的大小和角度都不相同，以实现最大程度的压缩。
在压缩空气的过程中，压气机流量、压缩比和效率是关键参数。
流量是指单位时间内通过压气机的空气量，压缩比是指出口压力和入口压力之比，而效率则是指输入功率与输出功率的比值。
2. 燃烧室燃烧室是将燃料和空气混合，然后点燃燃料并释放能量的部分。
燃料可以是自然气、石油或燃煤等，而空气则是通过压气机压缩的。
在燃烧室内，燃料和空气混合并燃烧时，会产生高温高压的燃气。
燃气释放的能量将转化为动能，推动涡轮旋转。
3. 涡轮涡轮是将高温高压的燃气能量转化为动能的部分，通常由多级叶轮组成。
燃气穿过叶轮时，驱动涡轮转动，然后利用轴承将转动的动能传递给发电机或机械装置。
涡轮的性能会直接影响燃气轮机的效率和输出功率。
涡轮的制造材料、叶片数目和叶片的形状可根据不同的应用需求进行优化设计。
二、燃气轮机热力学性能分析燃气轮机的热力学性能是评价其效率的重要指标，其中燃气轮机的平均效率和轮机热效率是热力学性能分析的两个主要指标。
1. 平均效率燃气轮机的平均效率通常由以下公式计算：平均效率 = （输出功率 / 输入热量）*100%其中，输出功率由轴承、涡轮和发电机产生，而输入热量则可以由燃料的热值、空气的入口温度和大气压力等参数计算得到。
热力学循环在燃气轮机系统中的优化设计
热力学循环在燃气轮机系统中的优化设计燃气轮机是一种高效的能源转换设备，广泛应用于发电、航空和工业领域。
热力学循环是燃气轮机系统中的核心部分，对其进行优化设计可以提高系统的热效率和经济性。
燃气轮机系统的热力学循环主要包括压缩、燃烧和膨胀三个过程。
在压缩过程中，空气被压缩到高压状态，提高了燃烧效率。
在燃烧过程中，燃料与空气混合燃烧，释放出热能。
在膨胀过程中，高温高压的燃气通过涡轮机膨胀，驱动发电机产生电能。
为了优化燃气轮机系统的热力学循环，可以从以下几个方面进行设计。
首先，优化压缩过程。
压缩过程中的能量损失主要来自于压缩机的机械损耗和热损耗。
为了减小机械损耗，可以采用高效的压缩机，并减小压缩机的转速和摩擦损耗。
而为了减小热损耗，可以采用间冷和再热技术，将压缩过程分为多个级别，降低热损耗并提高压缩效率。
其次，优化燃烧过程。
燃烧过程中的能量损失主要来自于不完全燃烧和燃烧产物的热损耗。
为了提高燃烧效率，可以采用预混合燃烧技术，将燃料和空气充分混合，提高燃烧速度和燃烧效率。
同时，可以采用燃烧室再生技术，利用燃烧产生的高温废气对进气空气进行预热，提高燃烧效率和热能利用率。
最后，优化膨胀过程。
膨胀过程中的能量损失主要来自于涡轮机的机械损耗和热损耗。
为了减小机械损耗，可以采用高效的涡轮机，并减小涡轮机的转速和摩擦损耗。
而为了减小热损耗，可以采用废热回收技术，利用涡轮机排出的高温废气对进气空气进行预热，提高热能利用率。
除了上述的优化设计措施，还可以通过改进燃料供应系统、增加余热利用装置等方式进一步提高燃气轮机系统的热效率和经济性。
此外，燃气轮机系统的运行条件和负荷变化也会对其热力学循环产生影响，因此需要根据实际情况进行优化设计。
总而言之，热力学循环在燃气轮机系统中的优化设计是提高系统热效率和经济性的重要手段。
通过优化压缩、燃烧和膨胀过程，改进燃料供应系统和增加余热利用装置，可以进一步提高燃气轮机系统的性能。
随着科学技术的不断发展，燃气轮机系统的优化设计将会得到更多的突破，为能源转换领域的可持续发展做出更大的贡献。
工程热力学多级燃气轮机循环的热力学分析方法
工程热力学多级燃气轮机循环的热力学分析方法引言：工程热力学是研究能量的转化与传递规律的一门学科，而燃气轮机作为一种能量转换设备，在工业生产中得到广泛应用。
本文旨在探讨多级燃气轮机循环中的热力学分析方法，以期对该系统的性能提升和优化有所帮助。
1. 循环系统的基本组成多级燃气轮机循环系统主要由压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和燃气发生器等组成。
其中，压气机负责将外界空气压缩到高温高压，燃烧室实现燃气燃烧，高压涡轮和低压涡轮将燃气能量转化为机械能，而燃气发生器作为燃料供应的主要部分。
2. 热力学分析方法在多级燃气轮机循环系统中，热力学分析是评价其性能和效率的基础。
以下为主要热力学分析方法的介绍：2.1 热力学循环分析通过对循环系统的热力学循环进行分析，可以获得循环的理论循环工作量和热效率。
常用的循环分析方法包括布雷顿循环分析、伊尔金循环分析和叶栅参数法等。
这些方法基于理想循环模型，可以为系统的设计和优化提供基础数据。
2.2 燃烧过程分析燃烧室是燃气轮机循环系统中的重要组成部分，其燃烧效率直接影响整个系统的性能。
通过燃烧过程分析，可以确定燃烧室的热效率、燃料消耗量和排放物生成量等关键参数。
常用的燃烧过程分析方法包括燃料消耗率分析、燃烧效率分析和排放物生成分析等。
2.3 效率分析燃气轮机循环系统的效率是评估其性能的重要指标。
通过对系统各组成部分的效率进行分析，可以确定性能损失的来源和改进的方向。
常用的效率分析方法包括压气机效率分析、涡轮机效率分析和总体系统效率分析等。
3. 应用案例为了验证所提出的热力学分析方法的准确性和可行性，下面将介绍一个实际应用案例：某燃气轮机循环系统的设计参数如下：压气机压比为10，高压涡轮出口温度为800°C，低压涡轮进口温度为450°C，压气机、高压涡轮和低压涡轮的效率分别为0.9、0.85和0.8。
通过对该系统进行热力学分析，可以得到该系统的理论循环工作量为1000MW，理论热效率约为45%。
燃气轮机的研究与应用
燃气轮机的研究与应用燃气轮机是一种重要的热力设备，其研究和应用推动着能源产业的发展。
本文将从燃气轮机的历史、原理、结构、特点、应用和未来等方面，对其进行一定探讨。
一、历史和发展燃气轮机的历史可以追溯到19世纪初，当时已有人试图利用高速旋转的气流产生动能，推动发电机发电。
20世纪初，鲁登多夫和古基耶夫等人开始研究燃气轮机的理论和实验，但由于技术的限制和应用场景的缺乏，燃气轮机的发展缓慢。
二战期间，燃气轮机得到了飞机和船舶工业的广泛应用，成为了战争胜利的重要因素。
20世纪60年代开始，随着石油价格的上涨和能源危机的出现，燃气轮机又开始得到了人们的关注，逐渐应用于发电和工业等领域。
至今，燃气轮机已成为热力设备的重要组成部分，支撑着世界各国的经济和发展。
二、原理和结构燃气轮机是一种以燃烧高温气体为动力源，通过旋转轴使机械设备带动发电机或压缩机等设备，从而产生热能、动能和电能的热力设备。
它的工作原理类似于汽车内燃机，分为压气、燃烧和排气三个阶段。
其中，压气阶段是将大气中的空气经过离心压缩机压缩至高温高压状态，使其具有足够能量驱动燃烧室内的燃料点火燃烧，产生高温高压气体，使涡轮转动，产生动能和电能，最后排出尾气。
燃气轮机的基本结构包括离心压缩机、燃气燃烧器、涡轮和热交换器等。
其中，涡轮是转动的关键部件，它能将气体的能量转化为旋转运动的能量，驱动发电机或压缩机等设备。
三、特点和优势相对于传统的蒸汽动力和内燃机动力，燃气轮机具有明显的特点和优势。
首先，燃气轮机具有高效能、低排放的特点。
由于其能够快速产生高温高压气体，使得燃料的利用率更高，排放的废气和二氧化碳等污染物更少。
其次，燃气轮机具有灵活性和可靠性。
燃气轮机可以根据负荷需求进行自动调节，使得其具有更好的反应速度和能源利用率；同时，燃气轮机采用模块化设计，可根据需要组合和安装，具有更强的可靠性和维护性。
最后，燃气轮机可以用于多种应用，包括发电、工业、航空、船舶和地铁等领域。
闭式燃气轮机回热循环功率和效率新公式
闭式燃气轮机回热循环功率和效率新公式
陈林根
【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》
【年(卷),期】1997(000)002
【摘要】用有限时间热力学方法分析实际循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失和压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，导出变温热源不可逆闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式，给出了详细的数值算例分析各不可逆因素对性能的影响。
【总页数】1页(P21)
【作者】陈林根
【作者单位】海军工程学院;海军工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK472.5
【相关文献】
1.内可逆闭式中冷回热布雷顿循环功率效率特性 [J], 王文华;陈林根;孙丰瑞
2.塔式太阳能热发电中冷回热再热燃气轮机循环研究——功率与效率 [J], 黄德中;方栋华;许沧粟
3.开式燃气轮机中冷回热再热循环功率和效率优化 [J], 王文华;陈林根;戈延林;孙丰瑞
4.实际闭式中冷回热燃气轮机循环的效率优化 [J], 王文华;陈林根;孙丰瑞
5.实际闭式中冷回热燃气轮机循环功率优化 [J], 王文华;陈林根;孙丰瑞
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《燃气轮机与联合循环》第二章燃气轮机的热力循环剖析
特点： 热力过程中有各种能量损耗，是不可逆的； 工质的热力性质和数量因燃烧而变。
假定条件（为便于与理想循环比较）： ①具有相同的压比C*和初始温度T1* ； ②涡轮前燃气初温相同， T3* = T3s* ； ③环境参数均为p0、T0， 即p1* = p0 、T1* = T0 。
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
e = i m
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
2-2 理想简单循环的特性
在工质流动的主要流程中，只有压气机、燃烧室和涡轮三大件组
成——简单循环
q2
排气
q1
燃烧室
4
3
燃
2
气 轮泵
压气机
机
循
环
燃料 1 进气
涡轮
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
一、理想简单循环
第二章 燃气轮机的热力循环
一、实际循环与理想循环的差别
（1）压缩过程和膨胀过程是有损耗，不可逆的
T2* T2*s
压气机等熵效率： 0.8-0.92
c
=
T2*s T2*
T1* T1*
T4* T4*s
透平等熵效率： 0.87-0.94
t
=
T4*s T4*
T3* T3*
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
t
p3* p4*
p1* p0*
p2* p1*
p3* p2*
p0* p4*
透平压比与各部分压
比及压气机压比关系：
(1
c
)(1
b
)(1
t
)
燃气轮机与联合循环
关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究
关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究摘要：伴随着全球科技的不断进步，作为高科技的载体，燃气轮机是代表多理论科学与多工程领域发展的重要技术。
本文就闭式燃气轮机循环有限时间热力学进行研究，从热力学的理论生产与发展为基础，为实现有限时间热力学的优化提供参考意见。
关键词：闭式燃气轮机；有限时间；热力学；循环燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质来带动叶轮高速转动，能将燃烧燃料产生的能量转化为有用功的一种内燃式动力机械，也是一种旋转的叶轮式热力发动机。
由于其功率密度大、重量轻、自动化程度相对较高等特点，已经被广泛运用到改革领域的发动装置中。
而当前实现燃气轮机高性能、提高循环参数以及有效利用热力循环的目标一直以来都是行业研究的方向。
1.有限时间热力学的概述有效时间热力学本身就是经典热力学的一种延生与推广，是现代热力学理论出现的一个全新的分支，主要研究的内容就是非平衡系统，在有限时间内能流与熵流的规律。
与20世纪30年代建立的不可逆热力学相比，有限时间热力学有自己较为鲜明的理论特征，已经被广泛运用在各种不同的学科领域，并建立了一系列的理论。
伴随着有限时间热力学理论研究的不断深入和完善，已经由原来的内可逆循环逐渐扩展到不可逆循环方向，可以实现理论型循环几乎适用于实际中所有的过程与循环。
与宏观的热机、制冷剂等设备的热力系统类似，有限时间热力学还能够在微观层次内存在着能实现热机功能并进行微观的能量转换系统的功能。
当前，也已经有研究者利用有效时间热力学的理论，研究出了量子电热机、马达、布朗微热机等等的微观系统性能。
对于热力循环过程的工质上，也由传统的工质逐渐拓展到了非传统的工质上。
2.对于闭式燃气轮机循环有限时间热力学的研究闭式循环燃气轮机是一种不需要依赖空气就可以正常运行的燃气轮机，主要由产生高温燃气的回路与工质二回路两部分组成。
其工作原理是当工质进入压气机设备准备增压，然后再通过回热器利用设备做功后的余热来加热，再利用起一回路的热量，让工质进入热发生器进行进一步的加热，最后利用燃气轮机进行膨胀做功，从而带动同轴压气机和发电机。
燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施
燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施专业：热能与动力姓名：学号：燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施摘要：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
本文主要介绍了燃气轮机的工作原理，基本结构，热力循环的分类及热力循环措施。
关键词：燃气轮机分类性能改善引言：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备，是典型的高新技术密集型产品。
作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是21世纪的先导技术。
发展集新技术、新材料、新工艺于一身的燃气轮机产业，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。
正文：燃气轮机（Gas Turbine）是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。
在空气和燃气的主要流程中，只有压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和燃气透平（Turbine）这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环，如图1。
大多数燃气轮机均采用简单循环方案。
因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、起动快、少用或不用冷却水等一系列优点。
一、工作原理压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。
从透平中排出的废气排至大气自然放热。
这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。
通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是透平的负载。
有限时间热力学研究的一些进展_陈林根
文章编号:1009-3486(2001)06-0041-06有限时间热力学研究的一些进展①陈林根,孙丰瑞(海军工程大学动力工程学院,湖北武汉430033)摘 要:介绍近年来在不可逆热机理论、回热式燃气轮机循环分析、类热机装置分析和广义热力学优化理论研究中的一些进展,并简要阐述其发展方向.关键词:有限时间热力学;不可逆热机;燃气轮机循环;广义热力学优化;综述中图分类号:T K 12 文献标识码:A自70年代中期以来,以寻求热力过程的性能极限、达到热力学优化为目标的研究工作在物理学和工程学领域均取得了进展,在物理学领域被称为“有限时间热力学”或“内可逆热力学”,而在工程学领域被称为“熵产生最小化”或“热力学优化”理论[1～3].两者的根本点是一致的,即以热力学与传热学、流体力学和其他传输过程基本理论相结合促使热力学发展为基本特征,在有限时间和有限尺寸约束条件下,以减少系统不可逆性为目标,优化存在传热、流体流动和传质不可逆性的实际热力系统性能[4～6].本文统一称之为“有限时间热力学”.已有许多作者对这一新学科分支进行了研究,通过一些简化模型,指出了大量的热力学优化机会,结合实际复杂模型得到了一大批具有工程实际应用价值的结果,发现了一批新现象和新规律.截至2001年3月,已有1800余篇文献发表,包括专著、文集和博士论文等.1998年7月召开的北约(NA -TO )高级热力学演讲会上,半数以上的论文涉及这一领域[6].有限时间热力学用热力学与流体力学、传热学和其他传输过程基本理论相结合的方法,研究各种过程和装置性能优化的问题.研究方法以交叉、移植和类比为主,侧重于发现新现象、探索新规律、建立新方法.在深化物理学理论研究的同时,注重其工程应用的研究.有限时间热力学不仅在热力学和传热学之间架起桥梁,而且在物理学和工程学之间架起了桥梁.本文将介绍作者最近在该学科分支领域的4项研究成果. 图1 热机功率效率曲线1 不可逆卡诺热机循环理论在早期的有限时间热力学分析中,大量文献主要研究仅存在传热不可逆性(热阻损失)的内可逆卡诺热机循环性能.此时热机的功率、效率关系为抛物线型(见图1中曲线1).即最大功率为可选的一个工作点,而最大效率点由于功率为零,为不可选的工作点.实际热机中除了热阻损失外,还存在热漏、摩擦、涡流、惯性效应以及非平衡等影响,为不可逆循环.一些学者用一常系数表征热机中除热阻外的所有不可逆性建立了不可逆机模型,由此模型得到的热机功率效率特性仍为抛物线型(见图1中曲线2).研究表明,热漏是不同于摩擦、涡流、非平衡等不可逆性的特殊损失,它不仅影响热机的最优构形,而且使热机的功率效率特性与内可逆特性相比发生质的变化[7,8].存在热阻和热漏的热机效率功率特 第13卷 第6期 2001年12月 海军工程大学学报 JO U RNA L OF NAV AL UN IV ERSI T Y OF EN GI NEERING Vol .13 No .6 Dec .2001 ①收稿日期:2001-04-19;修订日期:2001-04-26基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(N o .G 2000026301)作者简介:陈林根(1964-),男,教授,博士生导师.图2 不可逆热机模型性为回原点的扭叶型(见图1中曲线3).此时热机的最大效率对应于非零功率,是一个可选的工作点.不注意到这一区别而建立的用一常系数项表征除热阻外所有不可逆性的不可逆热机模型需要进一步完善.本文作者用常系数项q 表征旁通热漏,用常系数 表征除热阻和热漏外的其他不可逆性,结合热阻损失建立了广义不可逆卡诺热机模型,如图2所示.由此模型可以定性、定量分析各种不可逆因素对热机性能的影响[9,10].若工质与热源间的传热服从一类较为普适的规律Q ∝Δ(T n ),则可导出其最佳输出功率和最佳效率分别为[11]:P =K 1F T (1- x )[T n H -T n L /x n ][1+( K 1/K 2)1/2x (1-n )/2]2(1)η=(1- x )[T n H -T n L /x n ][T n H -T n L /x n ]+[1+( K 1/K 2)1/2x (1-n )/2]2q /(K 1F T )(2)式中:x =T LC /T HC 为工质温比;F T =F 1+F 2为总传热面积.若工质与热源间的传热服从另一类较为普适的规律Q ∝(ΔT )n ,则可导出其最佳输出功率和最佳效率分别为[12]:P =K 1F T (1- x )(T H -T L /x )n [( K 1/K 2)1/(n +1)x (1-n )/(1+n )+1]n +1(3)η=K 1F T (1- x )/(T H -T L /x )n K 1F T (T H -T L /x )n +q [ K 1/K 2)1/(n +1)x (1-n )/(1+n )+1]n +1(4)(1)～(4)式表明,不管热源与工质间的传热服从何种规律,由此模型所得功率、效率曲线呈回原点的扭叶型(见图1中曲线4),不同于内可逆时的特性关系,与实际工程循环有限时间分析结果和实际热机装置特性相一致,而由此确定的4个重要参数,即最大功率(P m ax )及相应的效率(ηp )和最大效率(ηm ax )及相应的功率(P η),为实际装置设计与运行确定了优域.借助于导热规律的普适化和联合热机循环串接级数的任意化[13],由此不可逆热机模型可得具有普适意义的最优特性基本关系,对一些文献中的不完备模型起到补充、完善作用.迄今为止大量相关文献的结论是本文的特例.同样可建立不可逆制冷机[14,15]和热泵[16]模型,并推广到联合制冷[17]和热泵[18]循环模型.作者所建立的不可逆制冷机模型优化分析结果已为新加坡大学空调制冷中心大量实验结果所证实[19].2 实际闭式回热式燃气轮机循环分析新结果考虑图3所示闭式回热燃气轮机循环,与传统工程循环分析模型的区别在于本模型除了计入压气机、涡轮机不可逆损失、回热器热阻损失和管路系统压力损失外,还计入了高、低温侧换热器的不可逆传热损失和高、低温热源有限热容率(变温热源)的影响.根据热源性质、工质性质和换热器理论,可得循环的吸、放热量,由此可导出循环的无因次功率 P =P /(C wf T Lin )和效率η的解析式为[20]·42·海 军 工 程 大 学 学 报 第13卷 P ={η[C wf -(1-ηt +ηt x -1D-m )(C wf E R +C L m i n E L 1-C L min E L 1E R )]-(x -1+ηC )(C wf -C L min E L 1)[E R +(1-2E R )(1-ηt +ηt x -1D -m )]}C H min E H 1τ-{(x -1+ηC )[C H min E H 1(1-E R )+E R C w f +(1-ηt +ηt x-1D -m (1-2E R )(C wf -C H min E H 1)]-ηC [C wf -(1-ηt +ηt x-1D -m )E R (C w f -C H min E H 1)]}C L min E L 1ηC [C wf 2-C wf E R (C wf -C Hmi n E H 1)(1-ηt +ηt x -1D -m )]-(x -1+ηc ) (C w f -C L min E L 1)[E R C wf +(C w f -C H min E H 1)(1-2E R )(1-ηt +ηt x-1D -m )](5)η=1-C L min E L 1{(1-ηt +ηt x -1D -m )(1-E R )(C H min E H 1ηC τ-ηC [C w f -E R (C w f -C H min E H 1)(1-ηt +ηt x -1D -m )]-(x -1+ηC )[E R C wf +(1-ηt +ηt x -1D -m )(1-2E R )(C w f -C H min E H 1)]}C H min E H 1{{ηC C w f [1-E R (1-ηt +ηt x -1D -m )]-(x -1+ηc )(C wf -C L min E L 1)[E R +(1-2E R )(1-ηt +ηt x -1D -m )]}τ-(x -1+ηc )(1-2E R )C L min E L 1}(6)图3 闭式燃气轮机循环式中:τ=T H in /T L in 为循环热温比,T H in 和T H out 为热流体(如高温气冷堆中的一次空气)进、出口温度,T L in ,T L out 为冷却流体进、出口温度;C wf 为理想气体工质热容率(质量流率与定压比热之乘积),C H 为高温热源加热流体的热容率,C L 为低温热源热容率;E H1和E L1为两侧流体均为变温时逆流式高、低温侧换热器的有效度,E R 为两侧流体均为变温时逆流式回热器有效度;ηC 和ηt 为压气机和涡轮机的内效率;D 为压力恢复系数;C H min 和C H m ax 为C H 和C wf 中的较小和较大者,C L min 和C L max 为C L 和C wf 中的较小和较大者;x =T 2s /T 1=(p 2/p 1)m =πm 为压气机的等熵温比,π为循环压比,m =(k -1)/k ,k 为绝热指数.图4给出了由数值计算得到的无因次功率、效率与回热度E R 和压比π间的关系.图4表明回热度对循环的功率有影响,这与经典的工程分析结论有很大不同.经典的不考虑传热不可逆影响的燃气轮机循环分析表明,不计压力损失时,回热对功率无影响;计入压力损失时,由于增加了回热器的压力损失而使功率下降.而图4表明,考虑传热不可逆影响后,在压比小于临界压比时,回热度增加不仅提高效率(与传统分析相同),而且可以增加功率输出;当压比大于临界压比时,增加回热度反而降低功率和效率.图4还表明,实际燃气轮机循环的功率效率特性曲线为回原点的扭叶型,这反映了实际热机的根本特征,与所建立的广义不可逆卡诺热机循环特性相同.根据有限时间热力学优化的思路,还可以对循环进行进一步的优化:一是高低温侧换热器和回热器间的协调,即总传热面积一定的条件下优化传热面积分配或在总热导率一定的条件下优化热导率分配;二是热源与工质间热容率的最优匹配.两者最终的结果是3个换热器有效度在一定约束条件下的最优匹配.大量的数值计算证明了这种最优匹配的存在性[21～25].图3所示模型除增添考虑传热影响外,其余完全与现行的动力工程循环相同.由此得到的定性、定量结果可用以指导实际工程装置的性能分析和优化,特别是可以用于高温气冷堆核动力装置二回路和空间布雷顿循环的性能分析与优化中.·43·第6期 陈林根等:有限时间热力学研究的一些进展 图4 无因次功率、效率与回热度和压比的关系3 类热机装置的一类基本特征热机的有限时间热力学研究思路和方法可以推广到其他非传统热机装置.存在有限势差(温度势差、化学势差、压力势差、电压力势差等)的不可逆装置(作者统一将其称为类热机装置[4,5]),均可应用内可逆热机的分析方法[1,2].对图5所示的内可逆流体功率转换器(见图5.a )[26,27]、内可逆等温化学机图5 类热机装置(见图5.b )[28～30]、电路系统(见图5.c )[26,28]的研究表明,在线性传输模型下,装置最大功率输出时的效率ηP 与最大效率ηmax 之比均为ηP /ηm ax =0.5.对于牛顿定律内可逆卡诺热机(见图5.d )和可逆经典热机(Otto ,Joule -Brayton ,Diesel ,Atkinson ),在实际的热源温比范围内,ηP /ηmax 接近0.5(稍大于0.5)[26,28,31,32].因此,对于线性系统类热机循环,ηP /ηm ax ≈0.5是其基本特征.4 广义热力学优化Radcenco [33]的广义热力学理论研究表明,自然界存在守恒和耗散作用的物理系统均可用基于能量·44·海 军 工 程 大 学 学 报 第13卷 变换的广义多变过程来描述.因此,机械、电、磁、化学、气动、生命、经济等过程和装置均可与传统热过程采取统一处理思想和方法进行分析和优化.将传统的热机有限时间热力学理论拓广到各种广义热力学系统,建立设计和运行优化理论,其统一的研究思想可称为“广义热力学优化”理论[4,5].广义热力学优化理论的实质是强调热力学、传热学、流体力学和机械、电、磁、化学反应动力学、生物学、经济学等专门领域知识的类比、交叉研究,寻求各种装置和过程最优性能和优化途径.其可能的研究对象包括:(1)化学反应和化学发动机,含电化学系统、催化聚合反应、燃烧反应、蒸馏系统、分离过程、燃料合成系统、等温内可逆化学机、广义内可逆化学机.(2)流体流动做功过程.(3)计算机逻辑运算过程.(4)生命过程,含肌肉收缩、肺部呼吸、心脏血液循环过程等.(5)基于统计理论的组合优化方法“模拟退火”最优构形.(6)经济过程,含贸易公司的运作等.(7)电机、电动机、电路系统(含大规模集成电路)设计.5 发展趋势有限时间热力学正逐步由“热力学优化”这一名称所代替.笔者分析认为,这一学科的进一步发展趋势和潜力将主要体现在以下3个方面:(1)“广义热力学”理论[4、5]的建立、完善和发展.即一方面广泛采用内可逆模型以突出分析各种过程的主要不可逆性,实现“内可逆性泛化”,另一方面建立符合实际过程的复杂模型,分析包括传输过程损失在内的各种不可逆性对实际性能的综合影响,并优化其性能.亦即分析对象的广义化,所获结果的普适性.(2)“自然组织构形理论”[6、34]的建立和发展.构形(Constructal )是与分形(Fractal )相对应,强调结构形状的时间箭头效应而建立的新概念,用以解释各种组织几何形状的热力学机制表述理论,并用以改进各种组织、过程性能,包括传热过程、传质过程、流体流动、电子元器件冷却系统、河岸形状、街道网络,植物的茎、叶、根形状的起源和经济结构网络等.(3)加强“热力学与环境”[6,35,36]的结合研究,把火用、熵等概念和环境安全问题结合起来,为可持续发展提供理论基石.总之,作为方兴未艾的新学科分支,有限时间热力学的研究一方面为热科学和工程热物理学提供重要的理论基础,另一方面为实际工程装置的性能改进和提高提供了重要的优化手段.参考文献:[1] Bejan A .Entropy generation minimization :the new thermodynamics of finite size devices and finite time process [J ].J .A ppl .Phys .,1996,79(3):1191～1218.[2] Berry R S ,K azakov V A ,Sieniutycz S ,et al .T hermody namic Optimizatio n of Finite Time Processes [M ].Chichester :Wiley ,1999.[3] Wu Chih ,Chen Lingen ,Chen Jincan .Recent A dvances in Finite Time T hermody namics [M ].N ew York :N ova Sci -ence Publishers ,1999.[4] 陈林根,孙丰瑞,吴 治.有限时间热力学理论和应用的发展现状[J ].物理学进展,1998,18(4):395～422.[5] Chen Ling en ,Wu Chih ,Sun Feng rui .Finite time thermodynamic o ptimization o r entropy generation minimiza tio n ofenergy sy stems [J ].J .Non -Equilib .T hermody n .,1999,24(4):327～359.[6] Bejan A ,M amut E (eds .).T hermody namic 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燃气轮机-热力循环
p* T2*s 2 * * T1 p 1
k-1 k
k 1 * k
q (i i ) Ls
* 2 * 1
②2s-3s 燃烧室中的等压加热过程 从外界吸收的热量为q1 与外界没有功的交换 L2s-3s= 0 ；
q1 q2s3s i i
* 3s
三、实际简单循环
特点：
热力过程中有各种能量损耗，是不可逆的； 工质的热力性质和数量因燃烧而变。
假定条件（为便于与理想循环比较）：
①具有相同的压比C*和初始温度T1* ；
②涡轮前燃气初温相同， T3* = T3s* ； ③环境参数均为p0、T0， 即p1* = p0 、T1* = T0 。
LCs 1 LTs
1
c p (T2*s T1* ) c p (T T )
* 3 * 4s
1
T1* ( π* - 1) T (1 - π
* * 1
m
*m
)
= 1- *m/* = f(*，*)
规律： (1) 压比 *一定时 , 随温比 *增加而增加 ; (2) 温比 *一定时 , 随压比 *增加而减少 。
* 2 * 1
④4s-1 大气中的等压放热过程
与外界没有功的交换 L4s-1= 0 ；向外界放出的热量为q2
* * q2 q4s1 i4 i s 1 kJ/kg
q1
c p (T T )
* 4s * 1
c pT1* ( π
k 1 * * k
-1)
q2
k 1 T4*s * k * T3s
复习内容
1、什么是稳定流动？其条件是什么？
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关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究
摘要：伴随着全球科技的不断进步，作为高科技的载体，燃气轮机是代表多理论科学与多工程领域发展的重要技术。
本文就闭式燃气轮机循环有限时间热力学进行研究，从热力学的理论生产与发展为基础，为实现有限时间热力学的优化提供参考意见。
关键词：闭式燃气轮机；有限时间；热力学；循环
燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质来带动叶轮高速转动，能将燃烧燃料产生的能量转化为有用功的一种内燃式动力机械，也是一种旋转的叶轮式热力发动机。
由于其功率密度大、重量轻、自动化程度相对较高等特点，已经被广泛运用到改革领域的发动装置中。
而当前实现燃气轮机高性能、提高循环参数以及有效利用热力循环的目标一直以来都是行业研究的方向。
1.有限时间热力学的概述
有效时间热力学本身就是经典热力学的一种延生与推广，是现代热力学理论出现的一个全新的分支，主要研究的内容就是非平衡系统，在有限时间内能流与熵流的规律。
与20世纪30年代建立的不可逆热力学相比，有限时间热力学有自己较为鲜明的理论特征，已经被广泛运用在各种不同的学科领域，并建立了一系列的理论。
伴随着有限时间热力学理论研究的不断深入和完善，已经由原来的内可逆循环逐渐扩展到不可逆循环方向，可以实现理论型循环几乎适用于实际中所有的过程与循环。
与宏观的热机、制冷剂等设备的热力系统类似，有限时间热力学还能够在微观层次内存在着能实现热机功能并进行微观的能量转换系统的功能。
当前，也已经有研究者利用有效时间热力学的理论，研究出了量子电热机、马达、布朗微热机等等的微观系统性能。
对于热力循环过程的工质上，也由传统的工质逐渐拓展到了非传统的工质上。
2.对于闭式燃气轮机循环有限时间热力学的研究
闭式循环燃气轮机是一种不需要依赖空气就可以正常运行的燃气轮机，主要由产生高温燃气的回路与工质二回路两部分组成。
其工作原理是当工质进入压气机设备准备增压，然后再通过回热器利用设备做功后的余热来加热，再利用起一回路的热量，让工质进入热发生器进行进一步的加热，最后利用燃气轮机进行膨胀做功，从而带动同轴压气机和发电机。
通常，做工后的工质，从燃气机排出，再通过回热器释放部分余热，在进行冷却，然后再次进入压气机从而实现循环利用。
通常的闭式燃气轮机循环主要有简单循环、回热循环、中冷循环与复杂循环。
在早些年就有关于闭式燃气轮机的简单循环研究，也留下了不少关于简单循环的
研究成果。
后来也陆续发表了一些研究成果，主要以优化恒温热源内可逆与不可逆简单燃气轮机循环研究的磁流体发电机设备的功率以及效率为基础，研究还表明了理论，在不同的最佳压气机温比下，分别使用发电机输出功率最大与效率最大这一理论是存在的。
简单循环主要由一个简单的压缩过程、加热过程与膨胀过程以及一个冷却过程组成。
而对复杂循环而言，主要是指在压缩的过程中，采用了中间冷却技术，在膨胀过程中再利用中间加热循环的过程。
中间冷却的作用是为了减小压缩功，但压缩终了的空气温度一旦降低，就使加热过程中必须增加热量。
而中间再热过程可以增加设备的膨胀功，但也需要增大加热量。
不过，可以通过平在中间冷却环节与回热环节结合起来的方式，但这两种措施在实际的运用中会大大增加机器的重量与尺寸，因此很少拿来利用到实际的循环工作中。
在实际的闭式燃气轮机循环运行中，首先，透平配出的工质，已经不用进行大气中等效冷却等操作，而可以通过冷却器进行冷却后重新被压气机吸入，再次参与循环过程。
在实际的闭式循环过程中，工质是可以用空气或者其他种类的气体代替的，压缩后的气体工质要在气体锅炉中被加热。
闭式循环的缺陷在于气体锅炉等设备的换热器尺寸相对较大，因此造成成本就会很高，因此对于闭式循环的应用也不是很多。
另外，对于闭式的燃气轮机循环而言，有部分的能量损失是不可避免的，而能量损失产生于传热过程中的热阻损失，因此，对于能量损失的优化主要是要在装置换热器中的总热导率或者总面积一定的的前提下，充分考虑功率、效率、功率密度以及生态学函数或者热经济学性能等的方面，以优化各设备换热器的热导率与换热面积的分配，从而减少能量的损失。
3.结语
事实上，有限时间热力学作为一种新型的技术研究，在理论与应用方面还存在着很大的潜力。
就燃气轮机循环的分析和利用来看，要进一步全面的考虑设备的性能，进一步优化中冷回热循环与再热循环的传热面积分配或者热导率分配，追求最大化的功率、效率与性能，以此更好的运用到实际工程中。
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