·增压比 一定时，增温比 越大，循 环的热效率t越高
·增温比 一定时，循环热效率t随增 压比增大而变化有一极大值；增温比 越大该极大值越大，相应的增压比也
越大
实际燃气轮机装置循环的热效率 (c,s =c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)
t,B 1
1
k 1
k
增压比 对实际循环热效率的影响与对布
21
⑵ 燃气轮机定压加热-回热循环
①理想回热循环
回热循环可理想化为：
12s——可逆绝热(定熵)压缩
回热器 废气 6
燃料
5
燃烧室
3 燃气
2 压缩机
4
2s5——定压回热 (回热器) 53——定压加热 (燃烧室)
1 空气
T
燃气轮机
3
34s——可逆绝热(定熵)膨胀 4s6——定压回热 (回热器)
5 2s
4s 6
⑵ 对实际气体动力循环所作的理想化处理 ①实际的气体动力循环中，在循环的不同阶段工质成份不同，有
时是空气，有时是燃气
燃气的热物性与空气相近 理论分析中视工质为类同空气的某种定比热容理想气体
②实际装置的工作循环是开放式的，每个工作循环后均将废气排
弃，更换新的工质
理论分析时抽象成闭式循环 燃烧过程视为对工质的加热过程 排气过程视为工质的放热过程
第7章燃气轮机装置循环
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第7章 燃气轮机装置循环
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2
§7.1 循环分析的目的和一般方法
分析动力循环的目的在于评价该循环在热能对机械能的连续转 换及能量有效利用方面的工作性能，并探讨影响该循环特性的主 要因素。
⑴ 分析动力循环的一般方法
①对实际过程加以抽象和概括，将实际循环简化为理想的可逆循 环，分析其热功转换效果及影响因素
②在理想可逆循环基础上再考虑实际循环有哪些不可逆损失，及 其产生的原因、大小和改进的办法
对于实际循环，从能量的有效利用考虑，除需要进行热效率分 析外，一般还应当进行熵产或可用能损失方面的分析，以便合理 评估循环的完善性
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本课程主要讨论相关热力装置的理论循环，重点在于分析热力 循环的能量转换效应，必要时也会涉及一些实际循环的问题
系
当工质一定、初态1一定时 式中 cp、k、T1已知
若 一定，循环净功wnet仅取决于 wnet随增压比 提高先增大，到达极大值后反
转减少
对应于wnet,max的为最佳增压比opt
燃气轮机装置循环 的净功输出wnet
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最佳增压比opt可利用
dwnet 0求得
d
按此条件求得的该增压比为
雷顿循环的影响不一样
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从 、 两者对t的影响看来
提高增温比是提高燃气轮机装置循环热效率的主要方向
提高循环增温比 在于提高燃气轮机进口处的温度T3
涉及金属材料耐热强度极限问题
为寻找出路，正在研究使用陶瓷材料作为替代 减小压缩机和燃气轮机内部过程的不可逆性，提高其定熵效率 也有助于提高循环的热效率
实际定压加热燃气轮机装置循环
12——不可逆绝热压缩，非定熵过程 23——定压加热过程 34——不可逆绝热膨胀，非定熵过程
41——定压放热过程
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初态1、增压比相同情况下，实际循环的 T
压气机功耗及燃气轮机的功输出与理想循环 的差别由定熵效率表达
压气机定熵效率
燃气轮机定熵效率 (相对内效率)
h3
h1
1
c,s
(h2s
h1)
T
2 2s 1
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3 4
4s s
16
t
wnet q1
Ts,
(h3
h4s
)
(h2s h1)
c,s
h3
h1
1
c,s
(h2s
h1)
h
cpT
t
wnet q1
T
s,
(T3
T4s
)
(T2s T1)
c,s
T3
T1
1
c,s
(T2s
T1)
T
2 2s 1
3 4
4s
s
t
Ts,T3(1TT43s
k
2(k1) opt
增温比 愈大，opt也愈大
对应的wnet ,max值也愈大
燃汽轮机装置中压气机吸入的为大气，因而布雷顿循环的初始
温度T1不可能随意降低，为了提高循环的增温比，只有提高循环
的最高温度T3
在材料允许的条件下，可尽量采用高的增温比，以便获得尽
可能大的循环热效率和装置功率输出
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定义
wne t cpT1[T T1 3(1
1 k1)(
k
k1
k 1)]
增温比——循环的最高温度与最低温度之比
T3 T1
k1
wne t cpT1( k 1)( k1
1)
k
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k1
wne t cpT1( k 1)( k1
1)
k 图中给出了k=1.4的wnet=f( ,)函数关
s
2
4
s
P
1
s 布雷顿循环
P4 P1 P3 P2
t, B
1
T1
(
T4 T1
T
2
(
T T
3 2
1) 1)
t,B
1
T1 T2
布雷顿循环的热效率仅取决于压缩过 程的始、末态温度
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t, B
1
T1 T2
T 3
不要与卡诺循环热效率表达式混淆 式中的T1和T2只不过是循环中1点和2点的 温度，并非吸热过程和放热过程的热源温度！
q1q53h3h5
循环放热量
q2q61h6h1
显然
吸热平均温度提高了 放热平均温度降低了
t,12s534s61>简单布雷顿循环的热效率t,B
极限回热循环的热效率
t ,1s523s4611TT36TT51
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②实际燃气轮机装置回热循环
实际换热器“端差”——
冷流体出口温度比热流体的进口
2 2
5
15
w ne tw Tw cTs,(h3h4s)(h2sh 1)
实际定压加热循环吸热量
cs,
c,s
h2s h2
h1 h1
q1q23h3h2
1
h2
h1
cs,
(h2s
h1)
1
q1h3h1cs, (h2s h1)
实际定压加热循环热效率
t
wnet q1
T
s, (h3
h4s
)
(h2s h1)
c,s
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s
P
2P3
s
s
1 P4
布雷顿循环
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⑶ 布雷顿循环的热效率
循环的吸热量
q 1 q 2 3h 3 h 2 c p (T 3 T 2 )
循环的放热量
q 2q 41 h 4 h 1 cp(T 4 T 1)
布雷敦循环的热效率
tB , 1q q1 2
1cp(T4T1) cp(T3T2)
温度低
T7 T4
热流体出口温度比冷流体的进口
温度高
T8 T2
极限回热循环为1253461
回热器 废气 8
2 压缩机 1
空气
最大可能回热量q46=q25=cp(T4−T6) 实际回热循环为1273481
实际回热量q48=q27=cp(T4−T8)
燃料 7
T 2
1
燃烧室 3 燃气
4
燃气轮机
3
5 7
4
68
cs,
wcs, wc
h2s h1 h2 h1
Ts,
wT wTs,
h3 h4 h3 h4s
3
2 2s
1
4 4s
s 布雷顿循环12s34s1
实际定压加热燃气 轮机装置循环12341
实际定压加热燃气轮机装置循环的净功输出
w ne tw Tw cTs,(h3h4s)(h2sh 1) cs,
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T1
c,s T1
t
k 1
k
T ,s
1 c,s
1 1
k 1
k 1
c,s
实际循环热效率t随及的变化关
系如图示
T2s
T3
(P2)kk1
k1
πk
T1 T4s P1
T3 T1
实际燃气轮机装置循环的热效率 (c,s =c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)
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初态、燃气轮机及压气机定熵效率 一定的条件下：
1 空气
T
燃气轮机
废气排放至大气时(6)冷却到压缩机
3
出口处的工质温度T2s 回热器中最大可能的回热量
5 2s
4s 6
q4s6=q2s5
1 s
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12s34s1——布雷顿循环
T
3
实行回热时各过程的基本性质不改变
端点状态也不改变
5 2s
4s 6
无论回热与否循环的净功输出不变
1
s
采用回热时 循环吸热量
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⑸ 实际(不可逆)定压加热循环分析
实际定压加热循环是不可逆的