工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
第十章 动力循环
回热循环和再热循环 热电循环 内燃机循环 燃气轮机循环 空气制冷循环

热力装置
动力装置：将热量通过能量的传递和转换，转变成人们所 需要的功的装置。 —正循环
t
wnet q 1 2 q1 q1
T1
空气压缩制冷循环
Brayton逆循环
空气压缩制冷循环制冷系数

q2 q2 w q1 q2 cp (T1 T4 ) cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 ) 1 T2 T3 1 T1 T4
1－2，3－4为定熵过程：
1
1 T2 1 T1


例3
两个质量相等、比热容相同且为定值的物体，A物体初温为Ta， B物体初温为Tb，用它们作可逆热机的有限热源和有限冷源， 热机工作到两物体温度相等时为止。 （1）证明平衡时的温度Tm=（Ta*Tb）0.5 （2）求热机做出的最大功量 （3）如果两物体直接接触进行热交换到温度相等时，求平衡温度 及两物体总熵的变化量。
燃气轮机循环
简单燃气轮机定压加热循环——Brayton循环
Brayton循环热效率
T4 T1 1 T1 T4 T1 1 t 1 T3 T3 T2 T2 1 T2
T 2 1 s 3 4
因为：1－2，3－4为定熵过程
T3 p3 所以： T4 p4
pb p vcr cr p0 p0
pb p vcr cr p0 p0
选渐缩喷管 选缩放喷管
例2
如图所示，一渐缩喷管经一可调阀门与空气罐连接。气罐中参 数恒定为pa=500kPa，温度ta=43℃，喷管外大气压力pb=100kPa， 温度为t0=27℃，喷管出口截面面积为68cm2。空气的 Rg=287J/(kg•K)，κ=1.4。 试求：（1）阀门A完全开启时（假设无阻力），求流经喷管的 空气流量qm1是多少？ （2）关小阀门A，使空气经阀门后压力降为150kPa，求流经喷 管的空气流量qm2 ，以及因节流引起的作功能力损失为多少？并将 此流动过程及损失表示在T-S图上
简化程序是：先绘制出工质的工作流程简图，然后根据每一设备的工 作特点，将其中的实际工作过程用近似地或等效的可逆过程来表征。
研究内容和研究Biblioteka 法2、将简化好的理想可逆循环表示在p-v图和T-s图上 3、对理想循环进行分析和计算 4、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、放热量、 净功量的影响，进而分析对循环热效率的影响，并提 出提高热效率的措施。 5、对理想循环的计算结果引入必要的修正 6、对实际循环进行热力学第二定律分析
制冷装置：将热量不断地从系统排向环境以使系统温度降 低到所要求的某一低于环境温度的水平，并使 该系统温度保持不变的装置。 —逆循环
t
q2 q2 wnet q1 q 2
热泵装置：将热量不断地传给系统以使系统温度提高到所 要求的某一高于环境温度的水平，并使该系统 温度保持不变。 —逆循环
t

t 1
1
k 1 k
改变循环形式
再热 回热 多级压缩，中间冷却

增压比对循环净功量的影响
布雷顿循环的净功量：
T3 T4 T2 wnet q1 q 2 c p T1 1 T T T 1 1 1 T3 T4 c p T1 T T 3 1 T3 T2 1 T1 T1
1 p2 p1
k 1 k
增压比越小，制冷系数越大， 循环中单位工质的制冷量也 越小。
例1

由不变气源来的压力p1=1.5MPa，温度t1=27℃的空气，流 经一喷管进入压力保持在pb=0.6MPa的某装置中，若流过 喷管的流量为3kg/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？ 若来流速度cf1=100m/s，其他条件不变，则喷管出口流速 及截面面积为多少？ 喷管设计问题，可以按设计步骤进行
wnet q1 q2 c p T3 T2 c p T4 T1
T 3 T1
wnet c pT1 1 / 1 1


2
opt / 2 1
wnet, max c p
T3
q1 q1 wnet q1 q 2
研究内容和研究方法
研究内容：分析各种循环的热力性能，揭示能量利用的完 善程度和影响其性能的主要因素，给出评价和 改进这些装置热力性能的方法。 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。 1、将实际循环抽象和简化为理想循环
k 1 k
p2 p1
k 1 k
T2 T1
T1 1 1 t 1 1 1 k 1 T2 T2 p2 k T1 p1
p2 定义压比： p1
t 1
1

k 1 k
提高Brayton循环热效率的途径
改变循环参数