q3s-4s= 0
工质在涡轮中膨胀做功，称为膨胀功wTs
c p (T3*s T4*s )
c pT1* * (1 π
*k 1 k
)
* * p v图上，wTs 面积3s-4s-p1 -p2 -3s
* T4*s p 4 s * * T3s p 3 s
c p (T2*s T1* )
c pT1* (π
k 1 * k
1)
* 2 * 1
p v图上，wcs 面积1-2s-p -p -1
* T2*s p 2 * * T1 p1
k-1 k

k 1 * k
q (h h ) ws
* 2 * 1
2013-8-10 4
2-2
性能指标
燃气轮机热力性能指标
——衡量一台动力装置好坏的标准。
——有很多，例如经济性、动力性、可靠性、变工况特 性以及排放性能等，需用不同的方法来分析。
主要用热力学方法分析：
反映动力性能好坏的指标，常用比功和功率； 反映经济性好坏的指标，常用热效率、耗油率和热耗率等。
一、热力参数
T3*s * T1*
k-1 k
p1* * p 2
k-1 k

k 1 * k
q (h h ) ws
* 2 * 1
④4s-1 大气中的等压放热过程
与外界没有功的交换 w4s-1= 0 ；向外界放出的热量为q2
* q2 q4s1 h4s h1* kJ/kg
q1
c p (T T )
* 4s * 1
c pT1* ( π
k 1 * * k
q2
-1)
k 1 T4*s * k * T3s
T s图上，q2 q4s1 面积4s - s3s - s1 -1- 4s
T3*s * T1*
讨论循环的比功和热效率。
2、理想简单循环的比功ws
T s图上，q1 q2s3s 面积s1 - 2s - 3s - s3s - s1
q (h h ) ws
* 2 * 1
③3s-4s 涡轮中进行可逆绝热膨胀过程
* q3s4s (h4s h3*s ) wTs 0
* * wTs h3s h4s kJ/kg
s 随压比π 增加而提高，即 π 时， s 。
4、理想简单循环的有用功系数 ,
wCs 1 wTs
1 c p (T2*s T1* ) c p (T T )
* 3 * 4s
1
T1* ( π* - 1) T (1 -- *m/*
二者关系为：
Ne = Ni m
比功可表征机组的重量和大小。
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i ——内比功与热量的比值（装置热效率）
燃料空气比 Gf f kg燃料/kg空气 GC
wi wi wi 3600N i i q f Hu G f BHu Hu 燃料流量，kg/s GC
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
*
* 2 * 1
决定循环性能的重要参数
2、温比 *
—说明工质被加热的程度。
—涡轮前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值 用滞止温度（总温）表示：
T T
q (h h ) ws
* 2 * 1
1、分析热力过程
q1-2s= 0 压气机消耗的功用来压缩气体，称为压缩功wcs
①1-2s 压气机中的可逆绝热压缩过程
* q12s (h2s h1* ) (wcs ) 0
* wcs h2s h1* kJ/kg
理想气体 定比热
利用热力学中的p-v图 和T-s图研究循环
讨论影响循环动力性和经济性的因素
二、理想简单循环
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
2-3 燃气轮机的简单循环
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 一、稳定流动能量方程式在燃气轮机中的应用
任何热机必须依靠工质经过一系列热力过程完成 一个循环，才能连续不断地对外做功。 在燃气轮机中，工质要完成压缩、加热、膨胀以 及放热等热力过程，必需连续不断地流进和流出设备。 进行热力学分析时，视稳定工作时工质的流动为 稳定流动，各能量间相互转化关系服从稳定流动能量方 程式。
所谓稳定流动，就是热力系统在任何截面上，工 质的一切参数都不随时间而变。
稳定流动的条件： （1）进出口工质的热力状态不随时间而变； （2）进出口工质的流量相等且不随时间而变； （3）系统与外界交换的一切能量不随时间而变。
2、什么是滞止现象？滞止参数？
滞止现象：当流动工质受到阻碍而使工质流速降 为零时所发生的现象。 滞止参数： 通过可逆绝热压缩过程使工质流速降为零时所得 到的参数。
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。 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
燃料消耗量，kg/h
（2）有效效率e——有效比功与热量的比值
we we we 3600N e e q f Hu G f BHu Hu GC
e = i m
3、耗油率和热耗率
（1）耗油率 ge
——产生单位有效功率时的燃料消耗量，kg/（kWh）
G B 3600 f 3600 ge kg/(kW h) Ne Ne e H u
（1）循环比功wi
忽略机械损失
（又称指示比功、内比功、装置比功）
wi = wT - wC kJ/kg
相应的，指示功率、内比功率 ：
Ni = Gc wi
kW
进入压气机的空气流量，kg/s。
wi和Ni：反映机组循环本身动力性能的好坏。
（2）有效比功we
考虑机械损失，
设机械效率为m，则
we = wi m= （wT – wC）m 相应的，有效功率： Ne = Gc we kW we和Ne：反映整个机组动力性能的好坏。 kJ/kg
q2
排气
4 3
q1
2
燃烧室
燃 气 轮 机 循 环
泵
压气机
涡轮
燃料
1
进气
▲定压加热理想循环
1-2 等熵压缩（压气机内）

T3 T2 p2 p1
循环增压比
2-3 定压吸热（燃烧室内） 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）
理想简单循环 简单循环
实际简单循环
循环比功 ws = wTs-wCs= q1- q2 = qs
p-v图和T-s图上， ws 面积1-2s-3s-4s-1
讨论影响循环比功的因素
ws cp (T3*s T4*s ) cp (T2*s T1* )
c pT1* * (1 π
*k 1 k
) c pT1* (π
h h c
* 1 2
滞止参数
滞止焓或总焓 i*
2
滞止压力或总压 p*
p* p 1 c 2 2
滞止温度或 总温 T*
c2 T* T 2c p
静参数
T * p p T
*
k k 1
q h2 h1 c c
1 2 2 2
工质吸收 的热量
②2s-3s 燃烧室中的等压加热过程 从外界吸收的热量为q1 与外界没有功的交换 w2s-3s= 0 ；
q1 q2s3s h h
* 3s
* 2s
kJ/kg
* 2s
q1
c p (T T )
* 3s
c pT1* ( * - π
k 1 * k
)
T3*s * T1*
k 1 T2*s * k * T1
*
* 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。
二、性能参数
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。 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。
k 1 * k
1)
k 1 m k
=
cpT1*[*(1-
*-m)-(
*m-1)]
= f( * , *)
影响理想简单循环 循环比功ws的重要因素：压比*和温比* 影响
（1）压比

*
一定时，温比

*
增大，循环比功ws增大（公式上看）。
规律： 温比 *一定时，有一最佳压比 * 使比功最大 (2)
= f(*，*)
规律： (1) 压比 *一定时, 随温比 *增加而增加 ; (2) 温比 *一定时, 随压比 *增加而减少。