气体动力循环2011_B

§ 9–8 喷气发动机理想循环
燃料 燃烧室
3
4
压气机
气轮机
1 进气道 2
5
涡轮
尾喷管 6
V1
进气 1 2
3
4
5
道
压气机
燃烧室
6
V6
尾喷管
§ 9–8 喷气发动机理想循环
p
T
4
3
4
5
S
S
2
进气
1
道
6v
P5
3
6
2 1
P
s
涡轮
V1
12
3
4
5
压气机
燃烧室
6
V6
尾喷管
喷气发动机理想循环的特点
① 涡轮后有很高焓值
regeneration
T
2
3
T
回热器
?
2
3
C V
V
R
qR V
1
4
1
4
s
s
q12 u2 u1 u3 u4 q43 qR Stirling循环
1816年提出，近20年才实施(核潜艇，制冷…)
活塞外燃式Stirling热机
热端
冷端
有缝
T
2
3
V
R
qR V
1
4
位移活塞A
动力活塞B 2 3
回热器
4
1
s 3 A,B整体向右膨胀 4 A向左B不动定容 1 A,B整体向左压缩
2 A向右B不动定容
概括性卡诺循环
q12
u2
u1
Rg n
1
T2
T1
n 1
u3
u4
Rg n 1
T3
T4
q43
qR
T
qH
TH
2 n
R
3 qR n
t
wnet qH
1 qL qH
1 TL TH
TL 1
4
qL
s
R 回热器
第九章 气体动力循环
§ 9-4. 斯特林(Stirling)循环 § 9-5. 燃气轮机装置 § 9-6. 定压加热理想(Brayton)循环 § 9-7. Brayton循环的改进 § 9-8. 喷气发动机理想循环
斯特林(Stirling)循环
能不能使内部可逆循环的热效率
等于卡诺循环的热效率？
2k 1
提高Brayton循环热效率的途径
提高Brayton循环热效率 wnet 就是要提高最佳增压比， cPT1
最佳增压比又随增温比增
大而增大，所以提高增温
比是提高循环效率的有效
途径。因压气机进口温度
受大气环境限制，提高增
温比实际就是提高气轮机
进口温度
§ 9-7. Brayton循环的改进
回热 regeneration
工质在封闭空
燃料 燃烧室
2
压气机
3
气轮机 wnet
间连续流动
闭式循环
1
进气
开式循环
压缩燃烧
4
q1
排气
换热器
2
压气机
3
气轮机 wnet
膨胀同时 发生在不 同地点
空气标 1
准假设
换热器
4
q2
定压加热理想(布雷顿Brayton)循环
假定： ① 空气标准假设 ② 定压吸放热 ③ 膨胀压缩绝热
p
2
3
SS
1
T
T
1700K
2 3 3 3 T3 2 24
4
300K
1 41
MAX 2
1
1
T1
0.1MPa s
循环增温比 T3
T1
最大循环功, 最佳增压比 ,最佳热效率
T
T3
wnet
cPT1
MAX 2
1
sMIN
T1
1
τ=常数
最小增压比时循环功也为零，故在最大与最小增 压比之间一定存在一增压比使循环功达到最大， 该增压比称最佳增压比,此时效率称最佳热效率
第九章 气体动力循环
Gas power cycles
内燃机分类
按结构 活塞式 汽车，摩托，小型轮船 叶轮式 航空，大型轮船，移动电站
汽油机 小型汽车，摩托
按燃料
柴油机 中、大型汽车，火车，轮船 移动电站
煤油机 航空 按点燃方式： 点燃式，压燃式 按冲程数： 二冲程，四冲程
本章主要介 绍内燃机气 体动力循环
Brayton循环分析
假定： 单进出口稳定流动 T
3
吸热量 q23 = cp T3 - T2 放热量 q41 = cp T1 - T4
P
2
4
1P
做功 wT34 = h4 h3 cP T3 T4
s
耗功 wT12 = h2 h1 cP T1 T2
wnet = cP T3 T4 T1 T2
开式循环 压缩
燃烧
膨胀
吸气
吸热
排气
放热
最大循环功与最佳增压比的确定
求 wnet = cP T3 T4 T1 T2 f (T4,T2 )
在
T3 T4 T2 T1
即 T4 ,T2 T4 T2 T1 T3 0 极值
作 L(T4,T2 ) = cP T3 T4 T1 T2 T2 T4 T1T3
解
LT2 = cP T4 0
4 v
3
P 4
2
1
P
s
Brayton循环分析
v1 v2
k 1
T2 T1
p2 p1
k 1
k
k 1
k
增压比
p 23
p2
p1
T3 v3 T4 v4 T2 v2 T1 v1
SS
1
4
v
v4 v1
k 1
T3 T4
p3 p4
wk.baidu.comk 1
k
p2 p1
k 1
k
k 1
k
T2 T1
t再+回
2
t再+间＋回 t再+回 t回 t
3 2R
4
4R 1
s
间冷器 回热器 燃烧室1
3 2R 2 4R
燃烧室2 4
压气机 1
2 1
3
2R
4
气轮机
4R 再热+间冷+回热示意图
无穷多级的极限情况
两个等温过程 T
两个等压过程
3
+
回热
2 4
概括性卡诺循环
1
s 级数越多，越复杂，造价越高，一般2~3级
LT4 = cP T2 0
T4 T2 T1 T3 0
最大循环功与最佳增压比的确定
求 wnet = cP T3 T4 T1 T2 f (T4,T2 )
在
T3
T4
k 1
k
极值
T2 T1
得 T2 = T4 T1T3 T1
2
wnet，Max = cPT1 1
和
k
= wnet，Max
T6 T2
T5 T4
T
q25 h5 h2 h4 h6 q64 qR
6
4
回热器
1 2
燃烧室
5
3
压气 机
气轮 机
回热器
T 1R T1
2
1
3
5
qR
4
6 T2
T 2R
s
极限回热循环
§ 9-7. Brayton循环的改进
中间冷却+回热
？ t间
w净A q1A
w净B q1B
t
T
3
2R
4
Brayton
p 3’ 3 4
② 涡轮轴功近似等于 压气机轴功
5’
5
2’
wT45 wi45 wT32 wi32
2 1
6
③ 进出口段技术功等 于动能差
④ 循环功产生进出 口动能差
wnet wT12 wT23
+ wT45 + wT56
wT12 + wT56
1 2
(V
6
2 V 1
2)
四冲程气油机（点燃式）的工作循环
t间+回
w净 q2 R 3
t回
t
2
2’ B
5
A
4R
61
s
间冷器 回热器
5
6
2 4R
2R 燃烧室
3
2’
1 压气机
3
2R
4
气轮机 4
2 2’B 5
A
4R
61
间冷＋回热示意图
§ 9-7. Brayton循环的改进
再热+回热
w再 w
？ t再 >t
w再+回 w回
q2再+回 q2回
t再+回
1 q2 q1
t回
T 2 1
3 3’ 2R 5 4’
4 4R
s
t再+回 t回 t
回热器 燃烧室1
燃烧室2 4’
2
2R 4R
3
3’
5
压气机 1
2
1
3 3’ 2R 5 4’
4 4R
气轮机
再热＋回热示意图
§ 9-7. Brayton循环的改进
再热+中间冷却+回热
T
w再+间+回 w再+回
t再+间+回
w净 q1
§ 9-5. 燃气轮机装置
用途： 航空发动机 尖峰电站 移动电站 大型轮船
地面燃气轮机
压气机 进气道
燃烧室
排气道
地面燃气轮 机示意
涡轮
涡喷航空发动机
涡喷航空发动机简图
压气机
燃烧室
涡轮
进气道
尾喷管
涡扇航空发动机
涡扇航空发动机示意
§ 9-6. 定压加热理想(Brayton)循环
循环部件简图
Brayton 循环热效率
t
wT12 wT 34 q23
1 T4 T1 T3 T2
p 2
1 T1 T4 T1 1
S
T2 T3 T2 1
1
1 T1 T2
1
1
k 1
k
T3
k 1
k
T2
T4
T1
k
3 S 4 v
t
最大增压比与极限热效率
增压比受最大增温比的限制
最大增温比一定时存 在循环功为零的最大 增压比，此时效率称 极限热效率