布雷顿循环

高温气冷堆中的热力循环
布雷顿循环
理想布雷顿循环
1-2 绝热压缩过程 3-4 绝热膨胀过程
2-3 定压加热过程 4-1 定压放热过程
布雷顿循环的热效率
在压气机内消耗的功为
wC 面积f 21ef h2 h1
输出的功为
wT 面积f 34ef h3 h4
装置的净循环功为
wnet wT wC 面积12341 (h3 h4 ) (h2 h1 )
w 'C h2' h1
w 'net w 'T w 'C t q1 h3 h2'
回热型布雷顿循环
在定压加热简单循环的基础上采用回热，是 提高热效率的一种措施。
T-燃汽轮机 C-压气机 R-回热室 B-燃烧室 G-发电机
在装置中添加一个回热器，利用排气的热量加热 压缩后的气体。
回热型布雷顿循环


极限回热是不能实现的， 实际只能加热到温度T7， 放热到温度T8。 因此对于回热有回热度 的概念，表示实际回热 利用的热量与极限回热 所利用的热量之比。
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h7 h2' h4' h2'
高温气冷堆中的热力循环
高温气冷堆氦气透平直接循 环方案建立在闭式布雷登循环的 理论基础上，通常氦气透平机的 尾气仍然具有较高温度 （>500℃），为了提高循环效率 须设置回热器将此热量加以利用。 此外，在压气机组中间还插入了 中间冷却器，以降低压气机的做 功，提高整个循环效率。因此， 高温气冷堆氦气透平循环是一个 带有中间冷却器、预热器、回热 器的闭式布雷登循环。
高温气冷堆中的热力循环
加压氦气经反应堆堆芯后被加热至850℃ 以上，这一高温高压氦气直接冲击透平机做功， 透平机带动发电机发电同时也带动压气机压缩 氦气。透平机尾气经回热器低压侧后将余热传 输给高压侧氦气，然后进入预冷器降至低温。 低温氦气进入带有中间冷却器的压气机机组后 被压缩成高压氦气，然后进入回热器高压侧被 加热至接近透平机的排气温度，最后进入反应 堆堆芯重复此循环过程。
wnet q2 h4 h1 t 1 1 q1 q1 h3 h2
布雷顿循环的热效率
设比热容的值为定值，则循环热效率为
c p (T4 T1 ) h4 h1 T4 T1 t 1 1 1 h3 h2 c p (T3 T2 ) T3 T2
回热型布雷顿循环
极限情况下可以把压缩后的 气体加热到T5 T4同时燃气轮机的 排气可冷却到T6 T2。 工质自外热源吸热过程为5-3 吸热量为q1 h3 h5 面积53hf 5 与无回热循环吸热2-3过程相比，吸 热量减少了面积25fe2。而循环净功 wnet 不变，显然采用采用回热后循环 热效率提高。
实际布雷登循环
实际情况中压缩和膨胀 的过程中都存在不可逆因素 理想过程：1-2，3-4 实际过程：1-2’，3-4’
实际过程1-2’：压气机中的不可逆绝热压缩过程
实际过程3-4’：燃气轮机中的不可逆绝热膨胀过程
实际布雷登循环
燃气轮机实际做功
w 'T h3 h '4
压气机实际做功
装置实际循环热效率
回热型布雷顿循环
循环吸热量 循环放热量
q1 cp (T3 T5 ) cp (T3 T4 ) q2 cp (T6 T1 ) c p (T2 T1 )
q2 T2 T1 t 1 1 q1 T3 T4
循环热效率
极限回热虽然对提高装置内部热效率最为有利，但 所需的回热器换热面积趋于无穷大，无法实现。
布雷顿循环的热效率
t (T3 T2 ) 循环吸热量 q1 面积23nm2 h3 h2 cp,m |t3 2
循环放热量
q2 面积14nm1 h4 h1 cp,m |tt14 (T4 T1 )
根据热力学第一定律 wnet qnet q1 q2 面积12341 热效率为