第十三讲：气体动力循环-燃气轮机循环
工程热力学-09 气体动力循环
气体动力循环
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
吉恒松
混和加热循环 活塞式内燃机 定容加热循环
定压加热循环
燃气轮机装置
定压加热燃气轮机循环 回热循环 采用多级压缩中间冷却的回热循环
目的
按照循环过程性质，确定参数间的关系 写出循环热效率关系式 分析参数变化对循环热效率的影响
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
T2
T1
(
v1 v2
) k 1
T1 k1
T3
T2
p3 p2
T2
T1 k1
T4
T3
v4 v3
T3
T1 k1
T5
T4
(
v4 v5
)k 1
T4
(
v3 v1
)k 1
T4
(
)k
1
T1 k
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k(
3 Ws
汽轮机 4
燃气轮机装置示意图
闭式燃气轮机装置示意图
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
13
一、定压加热燃气轮机循环
2
1、循环的四个过程
①可逆绝热压缩过程1-2 （压气机） 压气机 ②可逆定压加热过程2-3 （燃烧室） ③可逆绝热膨胀过程3-4 （燃气轮机）1 ④可逆定压放热过程4-1 （大气中） 空气
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
20
1)
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
5
t
1
1
k 1
(
燃气轮机循环
4、消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的1/3，所以用水量一般为燃煤火电的1/3， 由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。此外，甲 烷中的氢和空气中的氧燃烧还原成二氧化碳和水，每燃烧一立方米天然气理论可回收约1.53kg水，每公斤可回收 2.2kg水，足以满足电厂自身的用水。
燃气轮机循环
由绝热压缩等组成的系统
01 循环过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目录
02 原理
03
燃气轮机联合循环发 电的优点
04 循环指标
05 闭式循环
06 发展展望
由绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压冷却 4个过程组成的燃气轮机热力循环。也曾有过等容加热循环的 燃气轮机，但没有得到推广应用。
循环过程
燃气轮机循环图为燃气轮机的简单循环。燃气轮机自大气吸入空气，在压气机（即压缩机）中压缩。压缩后 的气体进入燃气轮机燃烧室，在此加入燃料燃烧加热。加热后的高温燃气进入燃气透平（以下简称透平）膨胀作 功。膨胀后的燃气排向大气。透平排气温度还相当高（约400～550℃），而压气机吸入的空气是大气温度，相当 于在大气中进行了冷却。上述四个过程都是连续地进行的。透平膨胀功扣去压气机消耗的压缩功之后的净功，作 为燃气轮机的输出功。燃气轮机循环。
4、通过设备引进，全面了解国外先进的机组性能设计、结构设计、工艺性能、质量检查、项目验收等环节的 内涵，确实制订出我国自己的技术设计规范，为实现技术创新和科学生产管理打下坚实的基础。加快装备产业化 步伐，为市场提供节能低耗的动力装备。
工程热力学与传热学9)_气体动力循环PPT课件
1压缩 2-3：定容吸热 3-4：定压吸热
4-5：绝热膨胀
5-1：定容放热
三、柴油机理想循环及其热效率
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量
p
3
4
T
4 3
2
2
5
5
1 1
v
s
定义几个柴油机特性参数
p
3
2
压缩比 v1
反映 气缸
4
v2 容积
5
定容升压比
p3 p2
1 定压预胀比 v4
工程热力学研究方法，先对实际动力循 环进行抽象和理想化，形成各种理想循 环进行分析，最后进行修正。
§9-1 柴油机实际循环和理想循环
一、四冲程柴油机实际工作循环
进气
压缩 燃烧和膨胀
排气
温度370~400 K， 压力
0.07~0.09MPa
进气行程
排气门关闭
下止点 上止点
活塞
P
进气门开启
大气压力线 r a
下止点 上止点
活塞
Z P
c
大气压力线 r
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图
b
a V
下止点 上止点
活塞
进气门关闭 排气行程
排气门打开
Z P
残余废气
c b
大气压力线 r
V 示功图
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
温度300-370K 压力0.0785～ 0.0932MPa
第九章 气体动力循环
动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的 热量的一部分转换成对外的净功
《气体动力循环》课件
3
卡诺循环定理
热机工作最高效率与温度之间的关系可以通过卡诺循环来表达。
涡轮机
单级涡轮机
利用单一的轮盘（旋转的部件）和静子（静止 的部件）转换压缩气流为动能或反之。这种设 计可用于航空发动机、小型电站和低效率发动 机。
多级涡轮机
使用多个轮盘和静子提高效率，但需要更多的 空间和重量，和更昂贵的制造成本。
气体动力循环
本课程将介绍气体动力循环及其设计过程。我们会深入探讨现代热力学与涡 轮机技术之间的相互作用，同时讨论若干案例研究。
热力学定律
1
热力学第一定律
能量守恒定律。它表明，在任何一个系统中，能量不能被创造或消失，只是在转化的过程中 产生能量交换。
2
热力学第二定律
热量只能从高温区流向低温区，这种现象被称为热量的不可逆性。
热交换器
热交换器帮助将空气和热能传输到另一个容器中， 在各种情况下提高了效率和性能。
气体动力循环的性能与措施
1 热力系统的性能分析
对气体动力循环的性能进行综合评估，考虑 功率、效率、节能和环境等因素。
2 节能措施
节能措施通常包括降低系统内能量损失、增 加能量利用效率和改进热交换性能等措施。
3 性能指标计算方法
不同类型的热力循环
卡诺循环
卡诺循环是工程中最重要的热力学概念之一，它是 一种完全可逆的热力学过程。
布雷顿循环
是一种常用的气体动力循环，广泛应用于燃气轮机、 航空发动机和工业应用。
斯特林循环
斯特林循环是另一种常用的气体动力循环，主要用 于制冷、加热和转换工作。
燃气轮机
1
工作原理
燃气轮机是通过将压气机所吸入的空气
提供实现气体动力循环的一些计算方法和公 式。
燃气轮机理想循环
燃气轮机理想循环燃气轮机是一种利用燃气燃料产生动力的装置。
它是一种理想的能量转换循环，广泛应用于发电、航空和工业领域。
本文将详细介绍燃气轮机的循环过程以及其特点和应用。
燃气轮机的循环过程包括四个主要步骤：压缩、燃烧、膨胀和排气。
首先，进气口吸入空气，并经过压缩机进行压缩。
压缩机通过旋转叶片将空气加压，提高了空气的能量。
随后，压缩后的空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃烧产生的高温高压气体推动了涡轮，使其旋转并产生动力。
在涡轮中，气体通过涡轮叶片的作用产生动能，并推动涡轮旋转。
涡轮上的动力转换装置(如发电机)便可利用涡轮旋转产生的动力来产生电力。
此时，一部分能量被转化为电能，另一部分则用于带动燃气轮机的压缩机和涡轮。
最后，经过膨胀后的气体流出燃气轮机，形成排气。
这部分气体中的热能和动能都被转化为了机械能，为整个循环提供了动力。
排气中的高温高压气体可以被利用，用于加热水蒸汽进行发电，提高能源利用效率。
燃气轮机的循环具有许多优点。
首先，它具有高效率和快速启动的特点。
相比于传统的蒸汽动力系统，燃气轮机能够更快速地启动和停止，使其在应对电网需求峰值或紧急发电时具有独特的优势。
其次，燃气轮机的排放非常低，利于环境保护。
燃烧过程几乎没有产生固体废物，大大减少了对环境的污染。
此外，燃气轮机的维护比较简单，寿命较长，减少了运营成本。
由于这些优点，燃气轮机在各个领域都有广泛的应用。
在发电领域，燃气轮机可以用于基础电力与备用电力系统，提供稳定可靠的电力供应。
在航空领域，燃气轮机被广泛应用于喷气式飞机，提供高效可靠的飞行动力。
在工业领域，燃气轮机可以用于驱动压缩机、泵和发电机，满足各种生产和能源需求。
总之，燃气轮机是一种理想的能量转换循环，具有高效率、快速启动、低排放和简单维护的特点。
它在发电、航空和工业领域都有广泛的应用，并为能源转型和环境保护做出了贡献。
未来，随着技术的不断发展，燃气轮机将继续发挥重要作用，为人类的生活和工作带来更多便利和可持续的能源。
《气体动力循环》ppt课件
(4)定容回热过程 ：动力活塞1 位于其下死点，配气活塞2从其下 死点上移。使膨胀腔内工质经连 通管流入紧缩腔。此时工质容积 不变，并在流过回热器3时向回热 器放热，降低温度。当配气活塞2 移至其上死点时，工质全部进入 紧缩腔，定容回热过程终了。
活塞式热气发动机的热力循环及热效率
活塞式热气发动机理想循环：
v1 v2
RgTmaxln
v4 v3
在活塞式热气发动机中，v1＝v4，v2＝v3，故可得到
t
1
Tmin Tmax
即在一样温度范围内，活塞式热气发动机理想循环热效率与卡诺循 环热效率一样。因此，该循环以及类似的与卡诺循环有一样热效率 的一类理想循环称为概括性卡诺循环。
压气机耗功： (w s)ch2h1cp0(T2T 1)
所以 w0(ws)T(ws)c
cp0 T3 1(1 1)/ T1
(1)/1
(1)/
当
maxw, 0
T1 T3
循环净功有极大值。
二、燃气轮机的实践循环
压气机耗功： 燃气轮机轴功：
(ws )c
h2 h1
c,s
(w s)TT(h3h4)
理想化： 1. 热力过程的理想化
①进气过程→0-1定压线 ②紧缩过程→1-2定熵紧缩 ③熄灭过程→2-3定容加热＋3-4定压加热〔外热源加热〕 ④膨胀过程→4-5定熵膨胀 ⑤排气过程→5-1定容放热＋1-0定压线 2. 工质以理想气体对待
01燃气轮机热力循环原理
01燃气轮机热力循环原理燃气轮机是一种常用的热机，利用燃气燃烧产生高温高压气体，然后将这种高温高压气体通过涡轮叶片的作用转化为机械能，最后将机械能转换为电能或机械功。
燃气轮机的热力循环原理可以分为以下几个步骤：1.空气进气：燃气轮机的工作气体是空气，空气通过进气道进入燃烧室。
为了提高空气的进气能力，通常会采用压气机将空气压缩，然后再送入燃烧室。
2.燃烧：在燃烧室中，燃料和空气混合燃烧，产生高温高压气体。
这个过程可以通过喷嘴将燃料和空气喷射到燃烧室中，然后点燃燃料。
燃料可以是天然气、柴油、煤气等。
3.膨胀过程：高温高压气体通过涡轮叶片的作用产生转动力，驱动涡轮转动。
同时，气体在涡轮上进行膨胀，降低温度和压力。
涡轮的转动将机械能传给轴承，进而传给发电机或其他负载。
4.排出废气：流过涡轮后的低温废气，被排出燃气轮机系统，可以用于加热水或其他用途，以提高能量利用效率。
废气中仍然有一定能量可以利用。
5.返压涡轮：在一些使用燃气轮机供热和供电的应用中，还可以增加返压涡轮，将排出废气进一步膨胀，降低废气的温度和压力。
这样可以进一步提高系统的热利用效率。
燃气轮机的热力循环原理基于热力学第一定律，即能量守恒定律。
通过燃烧产生的高温高压气体，通过涡轮叶片的作用将热能转化为机械能，然后再将机械能转化为电能或机械功。
这个循环过程中，废气排放出去的同时，仍然有一定的剩余热能可以利用，提高热机的能量利用效率。
燃气轮机的热力循环原理具有以下几个特点：1.高效率：由于燃气轮机能够将热能高效地转化为机械能，再转化为电能或机械功，因此其能量利用效率非常高，一般可达40%~50%以上。
2.快速启动：相比于蒸汽动力系统，燃气轮机的启动时间较短，一般只需几分钟，从而方便应对突发情况和高峰用电需求。
3.环保性好：燃气轮机燃烧的是燃气，相比于传统的煤炭燃烧，废气中的污染物排放较少，对环境污染较小。
总之，燃气轮机的热力循环原理基于燃气的燃烧产生高温高压气体，通过涡轮叶片的作用将热能转化为机械能，最终将机械能转化为电能或机械功。
13 第二章-9 燃气蒸汽联合循环
17
二 燃气-蒸汽联合循环的特点
3、国外联合循环发展简况
➢从上个世纪40年代燃气轮机投入运行以来，就同时有了联合 循环；
➢1949年，美国安装了燃用天然气的功率为3.5MW的余热锅炉 联合循环；
➢目前燃气轮机进气温度可达1430℃，压气机升压比达30，联 合循环热效率可达45%~55%，燃气轮机单机容量达到 226.5MW；
➢上海宝钢电厂利用高炉煤气，于1996年建成一座150MW的余 热锅炉型燃气-蒸汽联合循环热电联产装置；
➢浙江镇海电厂正在建两套300MW烧重油的联合循环装置
19
19
20
2020年3月17日4时52分 20
三 燃气-蒸汽联合循环的热效率
21
21
三 燃气-蒸汽联合循环的热效率
*
22
22
三 燃气-蒸汽联合循环的热效率
➢自1987年，美国发电用燃气轮机的年生产总容量已经超过了 汽轮机的年生产总容量；
➢日本以法定燃用天然气发电必须用于联合循环；
18
18
二 燃气-蒸汽联合循环的特点
4、我国联合循环简况 ➢1959年，我国从瑞士BBC引进了两台6.2MW燃气轮机列车电 站；
➢我国首座燃气电厂建于大庆油田；
➢70年代初，我国开始研制联合循环，天津第二热电厂用哈尔 滨汽轮机厂生产的2.24MW燃气轮机建成补燃余热锅炉型联合 循环；
IGCC 是先将煤在2~3MPa压力下气化成可燃粗煤气,气 化用的压缩空气引自压气机,气化用的蒸汽从汽轮机抽 汽而来.粗煤气经净化后供燃气轮机使用,其排气引至余 热锅炉产生蒸汽,供汽轮机用.以煤气化设备和燃气轮机 余热锅炉取代锅炉,将煤的气化、蒸汽、燃气的发电过 程组成整体 。
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
燃气轮机装置的循环
燃气在燃气轮机中的膨胀过程可以 认为是绝热的；
燃气轮机进口和出口气流的功能的 差值可略去不计；气流重力位能的 变化也可以忽略； 燃气轮机所作的功等于燃气的焓降:
wT = h1 − h2
燃气看作定比热容理想气体，则：
( ) wT = cp0 T1 − T2
如果膨胀过程是可逆的定熵过程，则
−1
τ ↑ 或 π ↓，ηt,r↑
0 −1
t,r = 1 −
T1 0 − T1
0 −1
T1
−
T1
1
0
0 −1
t,r
=1−
0
0 −1
T2 = T1 0
T3 = T1 0−1
T4
=பைடு நூலகம்
T1
1
0
T
THERMODYNAMICS
T
THERMODYNAMICS
SD02010110
工程热力学（双语）
Engineering Thermodynamics
T
THERMODYNAMICS
第六章 气体动力循环
（Gas Power Cycle）
T
THERMODYNAMICS
6-3 燃气轮机装置的循环 （Gas Turbine Cycle)
• 定压加热过程2→a所需热 量由定压冷却过程4 → b 放出的热量供给
• 气体在燃烧室中所需热量 减少，而循环所作的功不 变。所以，采用回热器可 以节约燃料, 提高循环热 效率
回热循环
(( )) t,r
=1−
q2 q1
=1−
cp0 cp0
Tb T3
工程热力学电力机车燃气轮机循环的组成与过程分析
工程热力学电力机车燃气轮机循环的组成与过程分析工程热力学是研究能量转换与传递规律的学科。
电力机车是一种运用燃气轮机驱动发电机产生电能，然后通过电动牵引机构驱动车轮运动的交通工具。
燃气轮机循环是电力机车中的一个重要组成部分。
本文将对工程热力学电力机车燃气轮机循环的组成与过程进行详细分析。
一、燃气轮机循环的基本构成燃气轮机循环由燃气轮机、燃气轮机发电机、燃气轮机废气锅炉和辅助设备等组成。
1. 燃气轮机燃气轮机是电力机车中的核心设备，它由压气机、燃烧室和涡轮机等部分组成。
压气机把进气压缩到高压，然后送入燃烧室与燃料混合燃烧，产生高温高压气流。
气流通过涡轮机，使其旋转并驱动发电机发电。
2. 燃气轮机发电机燃气轮机发电机是将燃气轮机输出的旋转机械能转化为电能的装置。
它通过转子与转子间的磁场相互作用，将机械能转化为电能。
3. 燃气轮机废气锅炉燃气轮机废气锅炉利用燃气轮机排出的高温废气产生蒸汽，用于其他工艺或供应机车推进所需的热能。
4. 辅助设备辅助设备包括空气滤清器、燃烧控制系统、涡轮冷却系统、冷却水系统等，它们对整个燃气轮机循环起到辅助和保护作用。
二、燃气轮机循环的过程分析燃气轮机循环的过程可以分为压缩、燃烧和膨胀三个阶段。
1. 压缩阶段压缩阶段中，压气机将进气压缩至高压，同时增加气体的温度和密度。
压缩比决定了燃烧室中气体最高温度的大小，进而影响燃气轮机的性能。
2. 燃烧阶段在燃烧室中，燃料与压缩后的空气混合并燃烧，产生高温高压气体。
燃烧产生的高温气体将转动涡轮机，并驱动发电机产生电能。
3. 膨胀阶段膨胀阶段中，高温高压气体通过涡轮机的膨胀作用降低温度和压力。
气体的功在此阶段被转化为机械能，驱动电力机车的运动。
通过上述压缩、燃烧和膨胀三个阶段的循环过程，燃气轮机能够高效地将化学能转化为机械能和电能，实现电力机车的运动和电能供应。
总结：工程热力学电力机车燃气轮机循环是一种高效能量转换系统。
它由燃气轮机、燃气轮机发电机、燃气轮机废气锅炉和辅助设备等组成。
气体动力循环
活塞式内燃机的理想循环
燃气轮机装置循环的理想循环
第一节
活塞式内燃机的理想循环
内燃机一般都是活塞式 （或称往复式）的，其共同 活塞式内燃机的分类： 特点是用燃烧的产物作为工 煤气机 质推动活塞作功，燃料的燃 烧过程以及工质的膨胀和压 汽油机 缩都在同一个带活塞的气缸 使用燃料 中进行，再由连杆带动曲轴 柴油机 转动。
二、活塞式内燃机理想循环分析
内燃机按加热方式 混合加热循环 定容加热循环
定压加热循环 (一) 混合加热循环 p 特征参数： 3 4 压缩比： 压缩前的比体积与 压缩后的比体积之 比，它是表征内燃 v1 机工作体积大小的 v2 结构参数。
2 5 1
0
v
混和加热理想循环
定容升压比： p 定容加热后的压力与加热前 的压力之比，它表示内燃机 定容燃烧情况的特性参数。
1 1 1 T5 T4 ( ) T1 ( ) T1 p5 p4 ( ) p1
T5 v4 1 v4 1 v4 v2 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) T4 v5 v1 v3v1 T
是气缸内工质进行状态变化的封闭循环。
（2）把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，并认 为2－3是定容加热过程，3－4是定压加热过程。 （3）略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的 热量交换,近似地认为是绝热过程。 （4）用定容放热过程来代替废气排入大气中的实际放 热过程。
内燃机理想循环
经过简化处理，原来内燃机实际工作循环理 想化为内燃机理想循环。
2）混合加热循环的热效率随定压预胀 比的增加而降低。
循环平均吸热温度提高但循环平均放热温度升高 得更多：定容线比定压线陡
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c
oi
t
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工程热力学
opt
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p w 和 opt
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的关系
' 净
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opt w
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地面上，尺寸次要，省燃料，取 opt 空中，尺寸重要，取 opt w 提高 t
工程热力学
' 净
受材料耐热限制 取最佳
有无 其它 途径
' 净 ' 1 k 1 k
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1
4
工程热力学
影响燃气机实际循环热效率的因素 燃
c w ' t 1 1 q k 1 c k 1 ' ·
' 净 ' 1 k 1 k
oi
1
' t 一定， ' 一定，有最佳 有最 opt t · ' opt t 右移
气体动力循环分类
活塞式 piston engine 汽车，摩托，小型轮船 叶轮式 Gas turbine cycle y 航空，大型轮船，移动电站 联合循环的顶循环
工程热力学
按结构
气体动力循环
Gas Power Cycle
工程热力学
气体动力循环
本章基本要求
熟练掌握分析动力循环的一般方法，活塞式内 燃机循环以及燃气轮机装置循环的组成、热效率计 算及提高气体动力循环效率的方法和途径。
1 k k 1 T k k w净 c pT1 1 w净 令 0
T3
opt ( w净 )
k 2( k 1)
T1
最大循环净功 wopt c pT1
工程热力学
1
2
Байду номын сангаас
s
燃气轮机的实际循环
压气机：不可逆绝热压缩 燃气轮机：不可逆绝热膨胀 定义： 压气机绝热效率
k
3 4
k 1 k
p2 定义： 压比 p1 Pressure ratio
工程热力学
t
t
s
勃雷 循环净功的计算 勃雷登循环净功的计算
w净 c p T3 T2 c p T4 T1 T T3 T4 T2 c pT1 1 T1 T1 T1 1 k k 1 k k c pT1 1
t间+回 t间+回
w净 t简 q1 w净 t回 q1 w间+回 w回 w简
工程热力学
T
2R
3 4
4R
t间+回 t回 t简 结论：
2’ 2 6
2 5 1 s
示意图 再热reheating g示 图
燃烧室1 2 Reheater 3 3’ 燃烧室2 5
本章重点
熟悉理想气体动力循环图示与计算 理想气体动力循环的热力学比较 提高燃气轮机装置热效率的热力学措施
工程热力学
工程热力学
斯特林（Stirling)循环
1816年提出，近几十年才实施 加热器 回热器 冷却器 热气室 冷气室 1-2 T 压缩 2-3 V 吸热 3-4 T 膨胀 4 1 V 放热 4-1
提高勃雷登循环热效率的其他途径
一、 、回热
T4 在500oC以上 若使T4 如果T4>T2 预热空气，回热 T
3 4 2 1 s
p4 不可能
R Regeneration ti
工程热力学
勃雷登循环回热示意图
Regenerator R t 2A 回热器 2 3 4R 燃烧室 压气机 4 燃气轮机
1
工程热力学
2
燃烧室2
4R
2R
1
压气机
燃气轮机 4
工程热力学
再热+间冷+回热在Ts图上的表示
t再+间+回
w净 t再 +回 T q1
2 1 4R s 3 2R 4
w再+间+回 w再 +回
结论： 结论 t再+间＋回 再 间＋回 t再+回 再 回 t回 t简
w再+间＋回 w再+回 w回 w简
工程热力学
A
B
斯特林循环图示
概括性卡诺循环 p 3 2 4
1 T
核潜艇，制冷
3 2 1
4
v
工程热力学
s
勃雷登循环（Brayton Cycle）
用途： 航空发动机 尖峰电站 移动电站 大型轮船 联合循环的顶循环
工程热力学
勃雷登循环示意图和理想化
2 燃烧室
Combustion chamber
3 燃气轮机
T3 T1
s
对净功的影响
1 k k 1 T k k w净 c pT1 1
T3
当
不变
太小 太大
t t
w净 w净
T1
存在最佳 ，使 存在最 使 w净 最大 t 1
工程热力学
1
s
k 1 k
T3 T1
最佳增压比 opt （ p w净）的求解
t间 t简 w间 w简 结论：
工程热力学
s
压气机间冷热效率的推导
t间
w净A w净B tA q1A tB q1B q1A q1B q1A q1B q1A q1B tA tB q1A q1B q1A q1B
当 tA tB
tA t间 tB
1 燃气轮机 压气机
工程热力学
4’
再热在Ts图上的表示
结论： T 2 1 s
工程热力学
t再 t简
w再 w简
3 3’ 5 4’ 4
Reheat-regenerative cycle
燃烧室 回热器 1 2R 2 4R 3
再 再热＋回热示意图
燃烧室2 3’
5
1 压气机
工程热力学
燃气轮机
3 3 2
k 1 k
k 1 k
热效率：
T4 T1 1 T1 T4 T1 1 t 1 T3 T3 T2 T2 1 T2 T1 1 1 1 1 1 k 1 T T2 2 p2 k T1 p1
T4
p4
T
p1
T2 T1
3 2 1
t,C
T1 1 T3
4
s
热效率表达式似乎与卡诺循环一样 热效率表达式似乎与卡诺循环 样
工程热力学
勃雷 循环热效率的计算 勃雷登循环热效率的计算
热效率：
t 1
1 p2 p1
k 1 k
1
1
T 2 1
工程热力学
无穷多级的极限情况
两个等温过程 两个等压过程 + 回热 概括性卡诺循环 Ericsson cycle
T
3 2 1 s
4
级数越多 越复杂 造价越高 般2~3 2 3级 级数越多，越复杂，造价越高，一般
工程热力学
小 结 Summary
燃气轮机循环：理想循环和实际循环的 计算和比较 提高热效率的手段：回热 高 效率 间冷 回热 间冷+回热 再热+回热
吸热量：
q1 cp T3 T2
T 2 1
3 4
放热量：
q2 cp T4 T1
热效率：
T4 T1 w q1 q2 q2 1 1 t q1 q1 q1 T3 T2
工程热力学
s
p T p 勃雷登循环热效率的计算 勃雷 循环热效率的计算
4’ 4
再热＋回热在Ts图上的表示
t再 +回
q2 1 t回 q1 T
w再+回 w回
q2再+回 q2回
2 1
t再+回 t回 t简 结论：
w再+回 w回 w简
工程热力学
3 3’ 2R 5 4’ 4 4R
s
再热+间冷+回热示意图
回热器 间冷器 燃烧室1 3
tA tB tA tB
工程热力学
tA t间 tB
tA A t间 tB B
间冷＋回热示意图 间冷 回热示 图
Intercooler 间冷器 5 6 2’ 1
工程热力学
回热器Regenerator 2R 燃烧室 3
4R
压气机
4 燃气轮机
间冷＋回热在 图上的表示 间冷 回热在Ts图 的表示
4
c
' opt w净 oic
k 2 k 1
吸热量 q1' h3 h h3 h1 2
'
s
c
工程热力学
燃气轮机的实际循环的热效率
热效率 T 3 2 1 s
2’ 4’ 4
c w ' t 1 1 q k 1 k 1 c
T 2
2’
3
4’
4
h2 h1 c h2' h1
1 s
燃气轮机相对内效率
oi
h3 h4' h3 h4
工程热力学
燃气轮机的实际循环的净功
净功
' 净
w h3 h4' h2' h1 h2 h1
T 2 1