2020/12/10
第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
2、压气机理想绝热压缩空气过程计算
由
可知，当工质按理想绝热过程压缩
（或膨胀）时，在整个过程的任何一个工况点上，工
质的压力p与其比热容比v的k次方的乘积是彼此相等
的。即
（2-2）
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二）、压机内的压缩过程
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
1、压气机理想绝热压缩空气过程的假设
压气机在压缩空气过程中，必须从外界吸收一定 量的压缩功，才能使空气的压力p和温度t升高，比容v 缩小。
假设工质只与外界发生功的交换，而无热量交换。 这个与外界没有热量交换的热力过程，是在没有摩擦 和扰动等不可逆现象的理想情况下进行的，成为理想 绝热过程。
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程的工程计算
1）、绝热压缩效率
绝热压缩效率 ，是指工质在理想的绝热压缩过程中
所需吸收的压缩功
，与实际压缩过程中达到同一
个终态压力
时所需加给工质的实际压缩功
的比值。即：
式中，
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
三）、燃烧室中的加热过程
1、燃烧室燃烧过程的理论简化
在没有摩擦等不可逆现象的情况下，可以把燃烧过
程看成是一个等压加热过程，空气与燃料燃烧后将变
成高温燃气。在燃烧室的出口处温度升高为 ，比容
增大为 ，但压力却维持不变，即
。
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四）、透平（涡轮）中的膨胀过程
五）、工质在大气中自然放热过程
六）、总结
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
1、）1截面（压气机进气截面）
气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
温度： 比容： 压强：
气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
本章学习完毕后，将前面的问题作为讨论课的 论点进行讨论。具体时间会在后面安排。请同学们 酝酿！
讨论课的题目：
为什么提倡高压比和高涡轮前燃气温度？
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
一）、燃气轮机的循环过程
二）、压气机内的压缩过程
三）、燃烧室中的加热过程
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
2、压气机理想绝热压缩空气过程计算
整个推理过程为：
两式联立
联解，得出，在理想绝热过程中 与 ， 与 之间的 变化规律为：
p和T关系 （2-3）
T和v关系
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
温度： 比容： 压强： 燃气轮机结构示意图 气流在此处的状态参数平均值：
温度：
比容： 压强：
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
2、）2截面（压气机出口截面， 燃烧室进口截面）
气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
温度：
比容： 压强：
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程的工程计算
根据热力学的多变过程来计算，不能够直观反映在 实际压缩过程中不可逆程度大小。因此，工程上，人们 很少利用这个方法。而是引入一个能够比较直观地反映 实际压缩过程中不可逆程度大小的绝热压缩效率 ，来 计算工质的终态温度 。
1）、如右图，燃气温度t3越高， 循环效率越高。
2）、对应一个燃气温度t3的循环 效率有一个最佳压比，即在这个 温度下，在最佳压比值对应的燃 机效率最大。燃气温度越高，相 应的最佳压比就越高，这是燃机 设计的最关键点。
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燃气轮机效率曲线
第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
解： 根据（2-3）可知
即得：
已知空气的绝热指数： 因而
根据
（℃）
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程计算
理想的绝热压缩过程是不存在的。由于存在 摩擦和换热的因素，实际过程是一个多变的压缩过 程，其计算应根据多变过程的规律计算，其中n为 多变指数。
整个推理过程为：
两式联立
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程计算
联解，得出，在理想绝热过程中 与 ， 与 之间的 变化规律为：
p和T关系 （2-4）
T和v关系
即：将绝热指数k改为多变指数n。n＞k，n的大小与实际
第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
1、燃气轮机热力循环称为开式白朗托循环 （蒸汽轮机电厂循环称为闭式朗肯循环） 燃气轮机开式白朗托循环图见下页
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第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
n 1-2过程：空气在压气机内完 成空气压缩耗功过程
第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
2、压气机理想绝热压缩空气过程计算
当已知过程的起始状态 、 和终态压力 后，
就可以根据 状态方程式 态的其它参数
和理想气体 ，计算出工质在理想绝热过程终 和。
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
略有下降，其下降程度可以用燃烧室的压力保持系数
温度：
比容： 压强：
气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
温度：
比容： 压强： 燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
温度：
比容： 压强： 2020/12/10
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
一）、燃气轮机的循环过程
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
三）、燃烧室中的加热过程
2、燃烧室燃烧工质的状态参数理论计算
根据理想气体的状态方程式不难证明，假如忽略空 气与燃气之间气体常数R的微小差别，经等压加热后， 燃烧室前后工质状态参数的变化关系应满足如下规律：
通常燃烧室出口处燃气的温度
是根据透平叶
第二章燃气轮机基本原 理和计算
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
提问：
n 为什么现代燃气轮机，尤其是三代以后的 燃气轮机，在热力参数上面要提倡压气机 高压比，高涡轮前燃气温度？压气机压比 和涡轮前燃气温度的关系？
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
解答：
n 通过燃气轮机的循环分析，就可以明白。
气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
温度：
比容： 压强：
燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
温度：
比容： 压强： 2020/12/10
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附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
3、）3截面（燃烧室出口截面， 透平进口截面）
气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程的工程计算
2）、实际压缩过程的工程计算举例
例2、假设已知例1中压气机的
，试求在
的情况下，压气机出口处空气的实际状态参数。
解：在例1中已计算得，当工质按理想绝热压缩过程工作时，压
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程的工程计算
1）、绝热压缩效率
当忽略工质定压比热
性时，
随温度改变而忽略微变化的特
（2-5）
在现代压气机中，
由此可见，只要已知压气机的 ，就很容易求得压 气机出口处工质的实际温度 ，进而求出比容 。
气机出口处空气的温度和比体积为
℃
已知
由式（2-5）可知：
（℃）
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
三）、燃烧室中的加热过程
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
三）、燃烧室中的加热过程
1、燃烧室燃烧过程的理论简化
3）、目前，最先进的燃气轮机 燃气温度达1300℃～1400℃， 压气机压比达到15～20。因此， 提高燃气轮机效率，改进燃气 轮机的性能，主要要从燃气轮 机的燃气温度和压气机的压比 作手。
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燃气轮机效率曲线
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第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程