《燃气轮机与联合循环》第二章 燃气轮机的热力循环解析

第二章 燃气轮机的热力循环
2-3 实际简单循环的特性
特点： 热力过程中有各种能量损耗，是不可逆的；
工质的热力性质和数量因燃烧而变。
假定条件（为便于与理想循环比较）： ①具有相同的压比C*和初始温度T1* ； ②涡轮前燃气初温相同， T3* = T3s* ； ③环境参数均为p0、T0， 即p1* = p0 、T1* = T0 。
一、热力参数
1、压比
—说明工质在压气机内受压缩的程度。
—压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。
用滞止压力（总压）表示：
p p
燃气轮机与联合循环
* 2 * 1
决定循环性能的重要参数
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第二章 燃气轮机的热力循环
2、温比
—说明工质被加热的程度。
—透平前进口燃气温度与压气机进 口气流温度的比值
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第二章 燃气轮机的热力循环
二、性能参数与压比和温比的关系
1、比功与温比压比的关系
wc cp (T2* T1* ) wt cp (T3* T4* )
wn c p (T3* T4* ) c p (T2* T1* ) * T 1 * * 2 c pT3 1 * c pT1 * 1 T3 T1 * T 4
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第二章 燃气轮机的热力循环
k 1 1 wn c pT1* (1 k 1 ) ( k 1) k
（ 1）压比
一定时，温比 增大，循环比功w 增大（公式上看）。
n
4*
一定时，有一最佳压比 (3) 时， 。
在工质流动的主要流程中，只有压气机、燃烧室和涡轮三大件组 成——简单循环
q2
排气
3 4
q1
燃烧室
燃 气 轮 机 循 环
2
泵 燃料
压气机
涡轮
1
进气
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第二章 燃气轮机的热力循环
一、理想简单循环 ▲定压加热理想循环
1-2 等熵压缩（压气机内）
p2 p1
循环增压比
2-3 定压吸热（燃烧室内）
(2) 温比
max
max
使比功最大
3*
2* 1*
w1 *

max
* 燃气轮机与联合循环
w4 *
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第二章 燃气轮机的热力循环
2、热效率s与温比压比的关系
循环热效率 gt = wn/ q1 = qb/ q1 =1- q2 / q1
1
1
c p (T4* T1* ) c p (T3* T2* )
（2）有效效率e——有效比功与热量的比值
燃料空气比 f Gf GC kg燃料/kg空气
燃料消耗量，kg/h
e
we we we 3600N e Gf q f Hu BHu Hu GC
e = i m
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第二章 燃气轮机的热力循环
2-2 理想简单循环的特性
燃气轮机的比功—进入压气机内1kg空气完成 一个循
环后，对外界输出的有效轴功。
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第二章 燃气轮机的热力循环
（1）循环比功wn 忽略机械损失
相应的，指示功率、内比功率 ： Nn = Gc wn kW
进入压气机的空气流量，kg/s。 ***比功可表征机组的重量和大小。 比功大，说明在同样的燃气轮机尺寸和工质流量情况下，燃机功率大。 比功大，说明在同样的功率输出下，燃机功尺寸小，工质流量小。 燃气轮机与联合循环 能源与动力学院
T3 T2
循环增温比
3-4 等熵膨胀（燃气透平内） 4-1 定压放热（排气，假想换热器）
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第二章 燃气轮机的热力循环
假设条件：
工质为理想气体； 热力过程均是可逆的，无能量损耗； 工质的比热容和流量不变。
组成：2个可逆绝热过程 2个可逆定压过程
1-2s 等熵压缩 3s-4s 等熵膨胀 2s-3s 等压加热 4s- 1 等压放热
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T1* ( * π *
* 1 * -m
q1
m k 1 k
- 1)
T ( - π )
*m
= 1- *-m = f(*)
规律：（1）理想简单循环的热效率 (2) 理想简单循环的热效率
q2
*
gt 只与压比π 有关，而与温比τ 无关。
* * *
燃气轮机与联合循环
gt 随压比π 增加而提高，即 π 时， gt 。 能源与动力学院
* p 1
* p T 2 * T p1 * 2 * 1 * T3* p3 * * T4 p4
k -1 k

k 1 k
k -1 k
k 1 k
k 1 1 wn c T (1 k 1 ) ( k 1) k
用滞止温度（总温）表示：
T T
* 3 * 1
决定循环性质的最重要参数
愈高，性能愈好，但对耐高温材料或冷却技术的要求越高。
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第二章 燃气轮机的热力循环
二、性能指标
1、比功和功率
比功w—单位质量工质所做的功，kJ/kg； wc—压气机的比功， kJ/kg； wt —涡轮比功， kJ/kg。 功率N—单位时间内工质所做的功，kW。
第二章 燃气轮机的热力循环
2-1 主要参数和性能指标
热力参数（压比、温比） 性能参数（比功和热效率）
2-2 理想简单循环的特性
2-3 实际简单循环的特性
2-4 联合循环燃气轮机的设计压比 2-5机与联合循环
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第二章 燃气轮机的热力循环
2-1 主要参数和性能指标
（又称比输出、指示比功、内比功、装置比功）
wn = wt - wc kJ/kg
第二章 燃气轮机的热力循环
2、热效率
燃料的低位发 热值，kJ/kg —燃气轮机输出的有用功与其所耗燃料的热量的比值。 （1）内效率gt ——内比功与热量的比值（装置热效率）
wn wn wn 3600 N n gt G qb f Hu BH u f Hu GC 燃料流量，kg/s