燃气轮机装置循环
2-燃气轮机-第二讲(热力循环)
比功与压比、温比的关系： 比功与压比、温比的关系：
结论2——效率与压比、温比的关系： 结论2——效率与压比、温比的关系： 效率与压比 仅取决于压比π，而与温比τ （1）燃气轮机的循环效率 仅取决于压比 ，而与温比 ）燃气轮机的循环效率η仅取决于压比 无关； 无关； 随压比增大而增大。 （2）效率 随压比增大而增大。 ）效率η随压比增大而增大
其他多种热力循环组合的联合循环
–必要性：单独的一种热力循环各有优缺点，而几种 必要性：单独的一种热力循环各有优缺点， 必要性 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 –多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式 间冷再热循环 间冷回热循环 再热回热循环 间冷再热回热循环 燃气-蒸汽联合循环
第二讲
燃气轮机热力循环
一、燃气轮机的理想简单循环 二、理想简单循环效率的影响因素 三、燃气轮机的实际简单循环 四、燃气轮机常见其他热力循环
第一节 燃气轮机的简单循环
思考题一：何为理想循环？ 思考题一：何为理想循环？ 1、理想气体 、 2、稳定流动 、 3、可逆过程 、
二、理想简单循环
思考题二：简单循环的组成？ 思考题二：简单循环的组成？
q3-4= 0
工质在涡轮中膨胀做功，称为膨胀功wT
= c p (T3* − T4* )
= c pT3* (1 − π* -m )
* * p − v图上，wT = 面积3-4-p1 -p2 -3
④4s-1 大气中的等压放热过程
q2 = q4−1 = h − h
* 4
* 1
kJ/kg
q1
= c p (T4* − T1* )
燃气轮机蒸汽轮机联合循环
目录
• 联合循环概述 • 燃气轮机部分 • 蒸汽轮机部分 • 联合循环的运行与控制 • 联合循环的应用与发展
01
联合循环概述
联合循环的定义
• 联合循环：是一种将燃气轮机和蒸汽轮机结合使用的发电方式， 通过将两种不同方式的能量转换过程结合在一起，实现更高的 能源利用效率和发电能力。
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背压式蒸汽轮机
将汽轮机的排汽压力高于大气压力，用于驱 动其他设备或供给热用户。
抽汽式蒸汽轮机
在汽轮机中间级上抽出部分蒸汽，用于供热 或驱动其他设备。
饱和蒸汽轮机
利用饱和蒸汽来推动汽轮机叶片转动。
蒸汽轮机的工作原理
高压过热蒸汽进入汽轮机，通过一系列的喷嘴和叶片，将热 能转换为机械能，推动汽轮机转动。蒸汽在汽轮机内膨胀降 温，释放出热能并推动叶片转动，最终以冷凝水的形式排出 。
停车
停车操作则相对简单。首先，需要逐渐降低燃气轮机的负荷，然后逐步关闭燃气轮机的进气口和排气口。在燃气 轮机完全停止运行后，需要关闭相关的辅助系统，如润滑油系统和冷却水系统等。最后，需要对整个系统进行全 面的检查，确保所有设备都处于安全的状态。
正常运行与控制
正常运行
在正常运行状态下，燃气轮机和蒸汽轮机都处于稳定的工作状态。此时，需要密切关注各种参数的变 化，如燃气轮机的排气温度、蒸汽轮机的蒸汽压力等，以确保系统的正常运行。同时，还需要对各种 设备的状态进行定期检查，及时发现并处理可能出现的问题。
控制策略
为了确保联合循环系统的稳定性和经济性，需要采取一系列的控制策略。例如，可以根据实际情况调 整燃气轮机和蒸汽轮机的负荷分配，以达到最优的运行效果。同时，还可以通过调节燃气轮机的进气 温度和压力等参数，实现对整个系统的优化控制。
第7章燃气轮机装置循环
·增压比 一定时，增温比 越大，循 环的热效率t越高
·增温比 一定时，循环热效率t随增 压比增大而变化有一极大值；增温比 越大该极大值越大，相应的增压比也
越大
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)
t,B 1
1
k 1
k
增压比 对实际循环热效率的影响与对布
21
⑵ 燃气轮机定压加热-回热循环
①理想回热循环
回热循环可理想化为：
12s——可逆绝热(定熵)压缩
回热器 废气 6
燃料
5
燃烧室
3 燃气
2 压缩机
4
2s5——定压回热 (回热器) 53——定压加热 (燃烧室)
1 空气
T
燃气轮机
3
34s——可逆绝热(定熵)膨胀 4s6——定压回热 (回热器)
5 2s
4s 6
⑵ 对实际气体动力循环所作的理想化处理 ①实际的气体动力循环中，在循环的不同阶段工质成份不同，有
时是空气，有时是燃气
燃气的热物性与空气相近 理论分析中视工质为类同空气的某种定比热容理想气体
②实际装置的工作循环是开放式的，每个工作循环后均将废气排
弃，更换新的工质
理论分析时抽象成闭式循环 燃烧过程视为对工质的加热过程 排气过程视为工质的放热过程
第7章燃气轮机装置循环
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第7章 燃气轮机装置循环
2021/2/9
2
§7.1 循环分析的目的和一般方法
分析动力循环的目的在于评价该循环在热能对机械能的连续转 换及能量有效利用方面的工作性能，并探讨影响该循环特性的主 要因素。
⑴ 分析动力循环的一般方法
燃气轮机-理论循环
1
π τ 一定时 π1
1
'
2
wi'
wi' ,max
代入 wi 中，得出 一定时比功最大的总的
opt
第二章 燃气轮机循环理论
《燃气轮机原理》
§2-4 膨胀过程中一次中间加热的理想燃气轮机循环
膨胀过程中一次中间加热的燃气轮机循环T-s 图
在不变动燃气发生器的条件下，有效地增大燃气轮机的功率或推力
加力燃烧室：使歼击机迅速起飞、爬升、加速和增大升限
F15/F16的F100发动机，B1-A的F101发动机 作业：结合T-s 图，分析膨胀过程中间一次加热时产生这种结果的原因 J7/J8的WP13和J10、J11的AL31F和太行、昆仑发动机等
航空燃气轮机： 地面燃气轮机：
加力燃烧室后无转动部件 Td › T3 中间加热时，燃烧室后还有动力涡轮， 加热温度不能太高，Td ≈ T3
理想间冷燃气轮机循环示意图和T-s 图
k 1 ' k 2 )
k 1 k C p T1 1
第二章 燃气轮机循环理论
a-b 等压放热过程放出的热量： q 2,ab C p (Ta Tb )
《燃气轮机原理》
s
2、耗油率——输出单位推力（N）每小时消耗的燃料量
第二章 燃气轮机循环理论
§2-2 理想简单燃气轮机循环
《燃气轮机原理》
①工质为空气，可视为理想气体；整个工质过程中空气的比热为常数，不随气体
的温度和压力而变化； ②整个工质过程中没有流动损失，绝热过程为等熵，燃烧前后压力不变，没有热 损失（排热过程除外）和机械损失。 2 C B 3 T-s 图 T p-v 图 1 4
第2章 燃气轮机循环理论基础
第2章 燃气轮机循环理论基础§2.1 燃气轮机循环概述与汽轮机装置的循环相比，燃气轮机装置的循环颇具多样性和复杂性。
下面逐次展开作一个简要的介绍。
2.1.1 燃气轮机的理想循环与实际循环单轴燃气轮机简单循环的示意图与温熵图见图2.1理想循环是指构成燃气轮机循环的四个过程都是可逆的，即：压气机的压缩过程是等熵（绝热无损，熵流与熵产都等于零的）压缩过程，燃烧室的燃烧过程是等压（无流动损失，无散热和燃烧损失的）燃烧过程，透平的膨胀过程是等熵（绝热无损，熵流与熵产都等于零的）膨胀过程，排气的放热过程是等压（无流动损失的）放热过程。
实际循环是指构成燃气轮机循环的四个过程都是不可逆的实际过程，即：压气机的压缩过程是不等熵（绝热有损，熵流等于零而熵产不等于零的）压缩过程，燃烧室的燃烧过程是不等压（燃烧室有流动损失，流体流经燃烧室时滞止压力有所降低的）燃烧过程，透平的膨胀过程是不等熵（不绝热(对透平的高温部件进行冷却所致)有损，熵流与熵产都不等于零的）膨胀过程，排气的放热过程是不等压（排气管道有流动损失,流体流经排气管道时滞止压力有所降低的）放热过程。
对于理想过程各计算点的参数计算，有热力学与流体力学中的公式可以使用。
对于实际过程，常常是使用损失模型对理想过程的计算结果加以修正，来获得实际过程各计算点的参数，进而获得实际循环的计算结果。
损失模型是通过实验和生产实际中总结出的经验数据与公式得到的，这一点在下面的讲课过程中会处处遇到。
而且，在对燃气轮机循环进行定性分析时，使用理想循环的模型会使得分析得以简化。
单轴燃气轮机简单理想循环的s T -图和v p -图参见图2.2。
在图2.2(a)中，不计压气机进气管道的流动损失，大气压和压气机第一级入口的滞止压力 相等，即*a p =*1p ，空气在压气机中等熵压缩，压气机出口空气总压为*2p ，滞止温度为*2s T ， 之后，空气进入燃烧室与加入燃烧室的燃料进行无燃烧损失和散热损失的定压燃烧，不计燃烧室中的流动损失，则在燃烧室出口，燃气的滞止压力与压气机出口的滞止压力相等， 即*3p =*2p ，而滞止温度为*3T ，然后，燃气进入透平等熵膨胀作功，膨胀到大气压，不计透平排气管道的流动损失，则在透平出口，滞止压力*4p =*a p (=*1p )，滞止温度为*4s T ，排入大气的燃气在大气压力下，定压放热，温度最终降到*1T (=*a T )。
燃气轮机及其联合循环运行简介
燃⽓轮机及其联合循环运⾏简介燃⽓轮机及其联合循环运⾏简介燃⽓轮机及其联合循环的特点是启动速度快，具有快速加减负荷的能⼒。
它对电⽹的调峰起到了⾮常⼤的作⽤。
我⼚有⼆台9E的燃⽓轮机，⼆台余热锅炉及⼆台汽轮机。
其运⾏⽅式是⼆台燃⽓轮机配⼆台余热锅炉带动⼀台汽机（简称⼆拖⼀⽅式）全⼚总负荷300MW。
作为⼀名电⼚运⾏员⼯在运⾏调度操作上会遇到各种各样的问题。
对于⼀名运⾏员⼯来讲，只有熟练的掌握各种运⾏调度操作以及正确分析各类故障才能保证机组更好的运⾏。
下⾯我简单介绍⼀下燃⽓轮机及其联合循环的运⾏⽅式和⼀些常见的故障。
⼀.燃⽓轮机及其联合循环的运⾏⽅式电⽹的⽇负荷⼀般有两个尖峰，⼀个出现在上午，称为“早峰”；⼀个在下午出现，称为“晚峰”。
通常，晚峰时达到最⾼负荷值。
电⽹的低⾕负荷则出现在凌晨。
峰⾕差甚⾄可以超过总负荷的30%。
可以把它分为三个部分。
⼀个是位于低⾕负荷以下的部分，通称为“基本负荷”；另⼀个是早峰和晚峰部分，称为“尖峰负荷”；位于两者之间的则称为“中间负荷”。
燃⽓轮机及其联合循环的运⾏⽅式可以分为应急型、尖峰负荷型、中间负荷型和基本负荷型四⼤类。
他们的年运⾏时间数、年启动次数、每次的连续运⾏时间以及启动加载时间彼此有很⼤差异，由于联合循环启动时间较长，供电效率⼜很⾼，因⽽，在电⽹中通常⽤来携带基本符合或中间负荷。
应急负荷和尖峰负荷则宜⽤简单循环的燃⽓轮机来承担（简单循环的燃⽓轮机效率低，成本过⼤，应尽量避免）。
⼆.启动过程中点⽕和升速遇到的问题燃⽓轮机及其联合循环的启动成功率在很⼤程度上取决于燃⽓轮机能否正常地启动点⽕和升速。
1.点⽕失败的原因是多⽅⾯的，⼤体上说，有以下⼏个⽅⾯：1)燃油压⼒过低⽽引起的点⽕失败。
对于9E机组来说，造成燃油压⼒不⾜的原因可能是：a.电磁离合器的线圈的绝缘降低或匝数短路⽽⽆法传动主燃油泵；b.燃油流量分配器内因残存粘度较⾼的原油等原因，致使启动时燃油流量分配器的转速增升达不到点⽕要求的额定值；c.燃油调压阀故障，致使燃油压⼒过低。
工程热力学第12章答案
第12章 气体动力装置循环12-1 某燃气轮机装置理想循环，已知工质的质量流量为15kg/s ，增压比π=10，燃气轮机入口温度T 3=1200K ，压气机入口状态为0.1MPa 、20℃，假设工质是空气，且比热容为定值，c p =1.004kJ/（kg ·K ），k =1.4。
试求循环的热效率、输出的净功率及燃气轮机排气温度。
解：−−4.114.11kk（1）极限回热时 =×===−−4.114.11126615.298kk T T T π497.47K=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛==−−4.114.113456115.12731kk T T T π763.05K循环吸热量 )(531T T c q p −= 循环放热量 ()162T T c q p −= 循环热效率=−−−=−−−=−=05.76315.127315.29847.497111162T T T T q q t η60.9%t=×===−−4.114.1126515.293kk L T T T π464.30K=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛==−−4.114.11455115.11731kk H T T T π740.71K循环吸热量 ()17.43471.74015.1173004.1)(531=−×=−=T T c q p kJ/kg 循环放热量 ()162T T c q p −=4.114.118−−kk t π12-5 某理想燃气-蒸汽联合循环，假设燃气在余热锅炉中可放热至压气机入口温度(即不再向环境放热)，且放出的热量全部被蒸汽循环吸收。
高温燃气循环的热效率为28%，低温蒸汽循环的热效率为36%。
试求联合循环的热效率。
解：假设高温燃气循环中热源提工１００ｋＪ热量。
在燃气轮机中作功为 28%281001=×=w ｋＪ燃气在余热锅炉中吸热为 72112=−=w q ｋＪ 在蒸汽轮机中作功为 92.25%36722=×=w ＫＪ 联合循环的热效率为 %92.5310092.2528=+=t η12-6 有人建议利用来自海洋的甲烷气体来发电，甲烷气作为燃气蒸汽联合循环的燃料。
燃气轮机蒸汽轮机联合循环
联合循环的原理
01
02
03
燃气轮机
利用燃料燃烧产生的高温 高压气体驱动涡轮旋转， 将热能转化为机械能。
余热锅炉
燃气轮机排出的高温气体 通过余热锅炉，将热量传 递给水，使水蒸发成蒸汽。
蒸汽轮机
蒸汽轮机利用高温高压蒸 汽驱动涡轮旋转，将热能 转化为机械能。
联合循环的优势
高效节能
联合循环充分利用燃气轮 机和蒸汽轮机的效率，提 高整体能源利用率。
环保减排
燃气轮机燃烧效率高，排 放污染物少，有利于环保。
灵活多变
联合循环可以根据需求调 整燃气轮机和蒸汽轮机的 运行状态，实现灵活的能 源输出。
02
燃气轮机的工作原理
燃气轮机的结构
压气机
用于吸入空气并压缩，为燃气 轮机提供必要的空气流量。
燃烧室
将燃料与压缩空气混合并燃烧 ，产生高温高压燃气。
涡轮机
影响因素
影响联合循环效率的因素包括燃气轮机和蒸汽轮机的设计、制造工 艺、运行工况等。
优化措施
通过改进设备设计、提高制造工艺和优化运行工况，可以提高联合 循环的效率。
联合循环的性能分析
性能指标
联合循环的性能指标包括功率、热效率和可靠性等。
性能测试
通过实验测试和模拟分析，可以对联合循环的性能进 行评估和比较。
燃气在涡轮机中膨胀并推动涡 轮叶片旋转，从而驱动压气机 和发电机。
排放系统
将燃烧后的废气排出。
燃气轮机的工作流程
吸气
压气机吸入空气并进行压缩。
燃烧
燃料与压缩空气在燃烧室内混合并燃烧，产生高温高压燃气。
做功
燃气在涡轮机中膨胀并推动涡轮叶片旋转，从而驱动压气机和发电机。
燃气轮机简单循环Pp
对燃气轮机，装置比功是流过燃气轮机的单位质量空
气所作的有用净功。
wnwT-wc
kJ/kg
比功越大，装置可以做得越小。
2 装置效率：
装置输出的有用功与输入的燃料热值之比。
wn fH u
其中： Hu 为每千克燃料的低位热值，kJ/kg ；
f 为燃空比，即燃料流量与空气流量的比值。
最重要的性能评价指标之一，多年来燃气轮机的发 展瞄准了如何提高效率来进行。
T T
* 3 * 1
无因次量， 决定燃机循环性能的主要参数之一， 温比的提高主要依靠耐热材料的发展
1-3 等压燃气轮机理想简单循环
一、基本热力过程分析
热力学第一定律解析式：
P2 3
q=h+wt
假设工质为理想气体，四个过程均 为可逆过程，cp和流量保持不变。假 定空气比热与燃气比热近似相等。
第一章
燃气轮机热力循环
1-1 理想简单热力循环 简单燃气轮机理想循环（布雷顿（Brayton）） 1、绝热压缩
1-2
T
P2 3
2、定压吸热
3、绝热膨胀
2-3
3-4
2 P1 4
4、定压放热
4-1
1
s
1-2 燃气轮机循环的主要指标
一、性能指标 1、装置比功wn 定义：单位质量工质所作的功，即单位流量工质所发 的功率。
一般设高压透平、低压透平
fuel combustor fuel
combustor
Compressor
HT
LT
Air
再热循环燃气轮机简图
再热循环燃气轮机T-S图
比功和效率计算： 两级膨胀，假定膨胀比为
1
2
燃气轮机原理 第二章 循环理论2-3&2-4&2-5
3).等压放热过程（4-1）放出的热量
q2, 41 = Cp(T4 − T1 ) = Cp( T3
k −1 k
π
− T1 ) = CpT1 (
τ π
k −1 k
− 1)
等温压缩理想燃气轮机循环的比功为
wi ' = q1, 2 ' 3 − q2,12 ' − q2, 41 ⎡ ⎤ 1 k −1 ln π ⎥ = CpT1 ⎢τ (1 − k −1 ) − k ⎢ ⎥ π k ⎣ ⎦
k −1 k
τ一定的条件下，π越小，ηt,R,i越高。原因是： π越小，压气机出口温度也越低，在回热器中排气 余热就利用得越充分。然而，很低的π对循环来讲 是没有意义的。 π增加，ηt,R,i下降。当π增加到使T2=T4时，排气余 热无法利用，理想回热循环退化为理想简单循环。 此时的压比定义为临界增压比πcr。
根据达到临界增压比πcr的条件： T2 = T4， 则有：
T 1 ( π cr )
k −1 k
=
T3
( π cr )
k −1 k
π cr = τ
k 2 ( k −1 )
此时，理想回热循环的热效率为：η t ,R ,i = 1 −
1
( π cr )
k −1 k
理想回热循环蜕化为理想简单燃气轮机循环。
虚线代表简单理想燃气轮机循环的比功
1
π
将π1=π1/2代入比功 表达式，可求出τ 值一定时比功达最 大值的总的最佳增 压比πWmax,opt
对热效率进行类似分析，存在一个使热效 率达到最大值的总的最佳增压比πηmax,opt， 且存在
πηmax,opt > πWmax,opt
燃气轮机原理、循环及分析
089339-005
双轴燃机的功率分配
089339-005
影响燃气轮机性能的因素
空气温度-压气机入口温度 安装海拔高度-压气机入口压力 燃料类型 相对湿度 入口和出口损失 性能退化 燃料加热 稀释剂喷注 空气抽取
089339-005
一些参量
L=specific work比功(kj/kg) P=power功率(kw) T=absolute temperature绝对温度(k) p=pressure压力(bar) Cpm=medium specific heat at constant pressure介质质量定压热容(kj/kg*k) G=mass flow per unit time质量流量(kg/sec) Q1=specific heat supplied比热供给(kj/kg) Q2=specific heat discharged比热释放(kj/kg) alpha=Ga/Gf eta=efficiency效率=Lu/Q1; HR=Q1/Lu=heat rate (kj/kwh) c=compressor压缩机 t=turbine透平 u=useful有用 a=air空气; f=fuel gas燃料气; g=gas气体（燃气）
压气机入口温度
入口温度的影响
T
如果T1 升高
2
2’
1’ 1
089339-005
3
3`
4’ 4
Gair 原因：空气密度
S
压比
有用功率 P
G 原因： air
以及 Lu
Lu
原因： Lt 以及 Lc
HR 原因： Lu
089339-005
压气机入口温度
绝对高度
绝对高度（入口压力）的 影响
工程热力学复习参考题-第九章
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 CDA．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BCDA．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BCA．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ACA．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ABCDA．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ABA．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BDA．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BDA．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-κκπ11-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。
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T2
(
T3 T2
? 1) ? 1)
? t,B
?1?
T1 T2
布雷顿循环的热效率仅取决于压缩 过程的始、末态温度
8/20/2019
7
?
t,B
?
1?
T1 T2
T 3
不要与卡诺循环热效率表达式混淆
P
s
式中的T1和T2只不过是循环中 1点和2点的
2
4
温度，并非吸热过程和放热过程的热源温度！
s
P
1
s
增压比
π ? P2 P1
循环的放热量
q2 ? q41 ? h4 ? h1 ? cp (T4 ? T1)
布雷敦循环的热效率
? t,B
? 1?
q2 q1
? 1?
cp (T4 ? T1) cp (T3 ? T2 )
?
1?
(T4 (T3
? T1 ) ? T2 )
?
1?
T1
(T4 T1
T2
(
T3 T2
? 1) ? 1)
8/20/2019
41——定压放热过程
8/20/2019
温度T1不可能随意降低，为了提高循环的增温比 ?，只有提高循环
的最高温度T3
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
8/20/2019
12
⑸ 实际(不可逆)定压加热循环分析
T
实际定压加热循环是不可逆的
3
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
?t
? 1?
q2 q1
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性则对 实际循环的热效率有影响
2 2s
4 4s
1
s 布雷顿循环12s34s1 实际定压加热燃气 轮机装置循环12341
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 23——定压加热过程 34——不可逆绝热膨胀，非定熵过程
第7章 燃气轮机装置循环
§7.1 循环分析的目的和一般方法
分析动力循环的目的在于评价该循环在热能对机械能的连续转 换及能量有效利用方面的工作性能，并探讨影响该循环特性的主 要因素。
⑴ 分析动力循环的一般方法
①对实际过程加以抽象和概括，将实际循环简化为理想的可逆循 环，分析其热功转换效果及影响因素
②在理想可逆循环基础上再考虑实际循环有哪些不可逆损失，及 其产生的原因、大小和改进的办法
2 s
1
wnet ? (h3 ? h4 ) ? (h2 ? h1 ) ? cp (T3 ? T4 ) ? cp (T2 ? T1 )
?
cpT3 (1 ?
T4 ) ? T3
cp
T1
(
T2 T1
? 1)
4 P
s
按绝热过程参数关系
T2
?
( T3
)?
k ?1
πk
T1 T4
wnet
?
cpT3 (1 ?
1
k ?1
?
k ?1 ? 1)
?k
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k ?1
wnet ? cpT1(? k ? 1)(
? k?1 ? 1)
图中给出了 k=1.4的wnet =f(? ,?)函数关 ? k
系
当工质一定、初态1一定时 式中 cp、k、T1已知
若? 一定，循环净功wnet 仅取决于?
wnet随增压比? 提高先增大，到达极大值后
对于实际循环，从能量的有效利用考虑，除需要进行热效率分 析外，一般还应当进行熵产或可用能损失方面的分析，以便合理 评估循环的完善性
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本课程主要讨论相关热力装置的理论循环，重点在于分析热力 循环的能量转换效应，必要时也会涉及一些实际循环的问题
⑵ 对实际气体动力循环所作的理想化处理 ①实际的气体动力循环中，在循环的不同阶段 工质成份不同，有
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s
6
由绝热过程12和34 由定压过程23和41
T4 ? T1 T3 T2
T4 ? T3 T1 T2
T1
?
(
P1
k?1
)k
T2 P2
T4
?
(
P4
)
k ?1 k
T3 P3
P3 ? P2
P4 ? P1
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s 布雷顿循环
P4 ? P1 P3 P2
?
t,B
?
1?
T1
(
T4 T1
反转减少
对应于wnet,max 的为最佳增压比?opt
燃气轮机装置循环 的净功输出wnet
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最佳增压比? opt 可利用
dwnet ? 0求得
d?
按此条件求得的该增压比为
k
? ? ? 2(k?1) opt
增温比? 愈大，?opt 也愈大
对应的wnet ,max 值也愈大
燃汽轮机装置中压气机吸入的为大气，因而布雷顿循环的初始
实际燃气轮机工作过程理想化为定压加热 循环
工质视为某种定比热容理想气体 工质压缩过程12为定熵的绝热过程
燃烧过程23视为定压加热过程
工质在燃气轮机中定熵绝热膨胀34
废气排放到大气视同定压放热过程 41
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s
P
2P3
s
s
1 P4
?
布雷顿循环
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⑶ 布雷顿循环的热效率
循环的吸热量 q1 ? q23 ? h3 ? h2 ? cp (T3 ? T2 )
)
?
cpT1 (?
?k
k ?1 k
? 1) ?
c pT1[TT13
(1 ?
1 k?1 ) ?
?k
(?
k ?1 k
? 1)]
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定义
wnet
?
c pT1[
T3 T1
(1 ?
1
k ?1
)
?
?k
(?
k ?1 k
? 1)]
增温比——循环的最高温度与最低温度之比
? ? T3
T1
k ?1
wnet ? cpT1 (? k ? 1)(
时是空气，有时是燃气
燃气的热物性与空气相近 理论分析中视工质为类同空气的某种定比热容理想气体
②实际装置的工作循环是 开放式的，每个工作循环后均将废气排
弃，更换新的工质
理论分析时抽象成闭式循环 燃烧过程视为对工质的加热过程 排气过程视为工质的放热过程
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§7.2 燃气轮机装置定压加热理想循环
布雷顿循环
T2
?
(
P2
k ?1
)k
?
k?1
πk
T1 P1
? t,B 的热效率仅取决于压缩 过程的增压比π
?k 随π的增大而提高
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⑷ 布雷敦循环的功输出
T
燃汽轮机装置常用作航空、船舰动力装置，
3
希望自重尽量小，输出功率最大
P
s
循环净功=两绝热过程技术功代数和
⑴ 燃气轮机装置工作过程
燃料 燃烧室
燃气轮机装置中的主要设备为
3 燃气
透平式空气压缩机
2
燃烧室 燃气轮机
1 压缩机 空气
燃气轮机装置
轴流式压气机不断将空气压送至燃烧室
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
废气排放到大气中
燃气轮机
4 废气 大气
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⑵ 燃汽轮机装置定压加热理想循环 ——布雷敦循环 (Brayton cycle )