工程热力学复习参考题-第九章资料

第九章气体动力循环
一、选择题
1.燃气轮机装置，采用回热后其循环热效率显著升高的主要原因是CD
A．循环做功量增大B．循环吸热量增加
C．吸热平均温度升高D．放热平均温度降低
2.无回热等压加热燃气轮机装置循环的压气机，采用带中冷器的分级压缩将使循
环的BCD
A．热效率提高B．循环功提高
C．吸热量提高D．放热量提高
3.无回热定压加热燃气轮机装置循环，采用分级膨胀中间再热措施后，将使BC
A．循环热效率提高B．向冷源排热量增加
C．循环功增加D．放热平均温度降低
4.燃气轮机装置采用回热加分级膨胀中间再热的方法将AC
A．降低放热平均温度B．升高压气机的排气温度
C．提高吸热平均温度D．提高放热的平均温度
的影响因素5. 燃气轮机装置等压加热实际循环中，燃气轮机装置的内部效率
i 有ABCD
A．燃气轮机的相对内效率B．压气机的压缩绝热效率
C．压缩比D．升温比
6.采用分级压缩中间冷却而不采取回热措施反而会使燃气轮机装置的循环热效
率降低的原因是AB
A．压气机出口温度降低B．空气在燃烧室内的吸热量增大
C ．燃气轮机做功量减少
D ．燃气轮机相对内效率降低
7.采用分级膨胀中间再热而不采用回热措施，会使燃气轮机装置循环热效率降低的原因是BD
A ．压气机出口温度降低
B ．循环吸热增大
C ．循环做功量减少
D ．循环放热量增加
8.目前燃气轮机主要应用于 BD
A ．汽车
B ．发电站
C ．铁路轨车
D ．飞机
二、填空题
1.最简单的燃气轮机装置的主要设备有压气机，燃烧室，燃气轮机。

2.燃气轮机装置的理想循环由绝热压缩，定压加热，绝热膨胀，定压放热四个可逆过程组成。

3.燃气轮机装置循环中，压气机的绝热压缩过程工质的终态压力与初态压力之比称为增压比。

4.工程上把燃气轮机的实际做功量与理想做功量之比称为相对内效率。

5.燃气轮机装置中，最高温度与最低温度之比称为升温比。

6.工程上，把在回热器中实际吸收的热量与极限回热条件下可获得的热量之比称为回热度。

三、简答题
1．实际简单燃气轮机装置循环的热效率与哪些因素有关？
t η=1-κκπ
1
1
- κ取决于燃料的成分及空气的增压比情况
增压比π越大，热效率越高
2．提高燃气轮机装置循环的热效率的措施有哪些？
回热。

在回热基础上的分级压缩中间冷却。

在回热基础上的分级中间再热。

3．回热是怎样使燃气轮机装置设置的热效率提高的？
用燃气轮机排出的乏气加热进入燃烧室的空气，从而减少空气在燃烧室内的吸热量，降低染料消耗，提高燃气轮机装置循环的热效率。

四、计算题
1．定压加热燃气轮机装置，已知空气进入压气机的温度为17℃、压力为
0.1Mpa，、增压比为8、燃气轮机的进气量为10kg/s，排气温度是18℃。

求装置的功率并画出该循环的T－s图。

已知c p＝1.004kJ/kg·K。

【解】
已知：p1=0.1MPa，t1=17℃；π=8；q m=7kg/s；t4＝18℃
（1）T2=T1(p2/p1)(k-1)/k=T1π(k-1)/k=525.59K
T3=T4(p2/p1)(k-1)/k=T4π(k-1)/k=527.4K
（2）压气机耗功w C=h2-h1=c p(T2-T1)=236.38kJ/kg
燃气轮机作功w T=h3-h4=c p(T3-T4)=237.2kJ/kg
（3）循环净功w net=w T-w C=0.8182kJ/kg
燃气轮机装置的功率P=q m w net=8.18kW
（4）T－s图
T
1 3
2
4
π，进入压气机空气的压力为
2.理想的燃气轮机装置压气机的增压比10
=
100kPa、温度为15℃，循环的最高温度为1000℃，空气流量为10kg/s。

试求（1）循环的加热量、放热量（2）压气机耗功、燃气轮机功和热效率。

已知c p ＝1.004kJ/kg·K。

【解】
已知：p1=0.1MPa，t1=15℃；π=10；t3＝1000℃；q m=10kg/s
（1）T2=T1π(k-1)/k=556.33K
T4=T3/π(k-1)/k=659.42K
（2）压气机耗功w C=c p(T2-T1)=269.25kJ/kg
燃气轮机作功w T=c p(T3-T4)=616.18kJ/kg
（3）循环吸热量q1=c p(T3-T2)=719.69kJ/kg
循环放热量q2=c p(T4-T1)=372.76kJ/kg
（4）循环热效率ηt=1-1/π(k-1)/k=48.21%
3.燃气轮机装置某定压加热理想循环中，工质视为空气，进入压力机的温度t1＝
27℃、压力为P1＝1bar，循环增压比2
14
p
p
π==，在燃烧室中加入热量q1＝333KJ/kg，设比热为定值。

试求：（1）循环的净功量；（2）循环热效率；（3）吸热平均温度及放热平均温度。

已知c p＝1.004kJ/kg·K。

【解】
已知：p1=0.1MPa，t1=27℃；π=4；q1=333kJ/kg
（1）循环热效率ηt=1-1/π(k-1)/k=1-T1/T2=32.7%
（2）循环净功w net=ηt×q1=108.91kJ/kg
（3）循环放热量q2=(1-ηt)×q1=224.09kJ/kg
（4）Δs=c p ln(T2/T1)=c p ln[π(k-1)/k]=0.3977kJ/kg·K
（5）吸热平均温度T m1=q1/Δs=837.38K
放热平均温度T m2=q2/Δs=563.46K
4.燃气轮机装置某定压加热理想循环中，工质视为空气，进入压力机的温度t1＝27℃、压力为P1＝1bar，循环增压比π＝5，在燃烧室中加入热量q1＝300KJ/kg。

为提高循环热效率，采用极限回热。

设比热为定值，试求具有极限回热的燃气轮机定压加热装置的理想循环的热效率。

已知c p＝1.004kJ/kg·K。

【解】
已知：p1=0.1MPa，t1=27℃；π=5；q1=300kJ/kg
（1）采用极限回热，可将进入燃烧室的空气温度由T2提高到T5=T4，因此循环吸热量q1=c p(T3-T4)，而T3=T4π(k-1)/k，故q1=c p T4(π(k-1)/k-1)。

所以T4=q1/[c p(π(k-1)/k-1)]=511.81K
（2）采用回热后，排气状态由4点变成6点，且T6=T2，因此循环放热量q2=c p(T2-T1)，而T2=T1π(k-1)/k，故q2=c p T1(π(k-1)/k-1)。

（3）循环热效率ηt=1-q2/q1=1-[c p(T2-T1)]/[c p(T3-T4)]
=1-[T1(π(k-1)/k-1)]/[T4(π(k-1)/k-1)]=1-T1/T4=41.36%
附：T－s图
s
5.燃气轮机装置某定压加热循环中，工质视为空气，进入压力机的温度t1＝27℃、压力为P1＝1bar，循环增压比π＝9，在燃烧室中加入热量q1＝500KJ/kg。

装置中的压气机的绝对热效率为0.85，燃气轮机的相对内效率为0.90。

设比热为定值，求燃气轮机装置实际循环效率。

已知c p＝1.004kJ/kg·K。

【解】
已知：p1=0.1MPa，t1=27℃；π=9；q1=500kJ/kg；ηC=0.85，ηT=0.9
（1）压气机定熵压缩出口点2：T2=T1π(k-1)/k=562.31K
由压气机的绝热效率的定义ηC=(T2-T1)/(T2′-T1)，
故实际出口温度T2′=(T2-T1)/ηC+T1=608.58K
（2）由2′-3为定压加热过程，q1=c p(T3-T2′)，因此T3=T2′+q1/c p=1106.58K （3）燃气轮机定熵压缩出口点4：T4=T3/π(k-1)/k=590.67K
由燃气轮机的绝热效率的定义ηT=(T3-T4′)/(T3-T4)，
故实际出口温度T4′= T3-(T2-T4)ηT=642.26K
（4）循环放热量q2=c p(T4′-T1) =342.48kJ/kg
（5）循环热效率ηt=1-q2/q1=31.3%
附：T－s图
6.燃气轮机装置某定压加热理想循环中，工质视为空气，进入压力机的温度t1＝27℃、压力为P1＝1bar，循环增压比π＝5，在燃烧室中加入热量q1＝300KJ/kg。

如果采取回热度σ＝0.65的回热器，比热为定值，求燃气轮机装置回热循环的效率。

已知c p＝1.004kJ/kg·K。

已知：p1=0.1MPa，t1=27℃；π=5；q1=300kJ/kg；σ=0.65
（1）T2=T1π(k-1)/k=475.38K
（2）如果采用极限回热，可将进入燃烧室的空气温度由T2提高到T5=T4，而实际上温度只能提高到T7<T5。

由回热度的定义σ=(h7-h2)/(h5-h2)=(T7-T2)/(T5-T2)=(T7-T2)/(T4-T2)，
得到T7=T2+σ(T4-T2)
（3）循环吸热量q1=c p(T3-T7) =c p[T3-T2-σ(T4-T2)]，而T4=T3/π(k-1)/k，
故q1=c p[T4π(k-1)/k-T2-σ(T4-T2)]，
得到T4=[q1/c p+(1-σ)T2)]/[π(k-1)/k-σ]=498.17K
（4）T7=T2+σ(T4-T2) =490.19K
（5）由回热器内的热量平衡式h7-h2=h4-h8，对于理想气体，
有c p(T7-T2)=c p(T4-T8)，因此T8=T 4-(T7-T2)=483.36K
（6）循环放热量q2=c p(T8-T1) =183.94kJ/kg
（7）循环热效率ηt=1-q2/q1=38.69%
7.燃气轮机装置某定压加热回热循环中，工质视为空气，进入压力机的温度t1＝27℃、压力为P1＝1bar，循环增压比π＝9，循环最高温度为1300K。

装置中的压气机的绝对热效率为0.85，燃气轮机的相对内效率为0.90，回热器的回热度σ＝0.70。

设比热为定值，求燃气轮机装置实际循环效率。

已知c p＝1.004kJ/kg·K。

【解】
已知：p1=0.1MPa，t1=27℃；π=9；T3=1300K；ηC=0.85，ηT=0.9；σ=0.7（1）压气机定熵压缩出口点2：T2=T1π(k-1)/k=562.31K
由压气机的绝热效率的定义ηC=(T2-T1)/(T2′-T1)，
故实际出口温度T2′=(T2-T1)/ηC+T1=608.58K
（2）燃气轮机定熵压缩出口点4：T4=T3/π(k-1)/k=693.91K
由燃气轮机的绝热效率的定义ηT=(T3-T4′)/(T3-T4)，
故实际出口温度T4′= T3-(T2-T4)ηT=754.52K
（3）如果采用极限回热，可将进入燃烧室的空气温度由T2′提高到T5=T4′，而实际上温度只能提高到T7<T5。

由回热度的定义σ=(h7-h2′)/(h5-h2′)=(T7-T2′)/(T5-T2′)
=(T7-T2′)/(T4′-T2′)，得到T7=T2′+σ(T4′-T2′) =710.74K
（4）循环吸热量q1=c p(T3-T7) =591.62kJ/kg
（5）由回热器内的热量平衡式h7-h2′=h4′-h8，对于理想气体，有c p(T 7-T2′)=c p(T4′-T8)，因此T8=T 4′-(T7-T2′)=652.36K
（6）循环放热量q2=c p(T8-T1) =352.62kJ/kg
（7）循环热效率ηt=1-q2/q1=40.4%
附：T－s图
s。