T2
(
T3 T2
? 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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7
?
t,B
?
1?
T1 T2
T 3
不要与卡诺循环热效率表达式混淆
P
s
式中的T1和T2只不过是循环中 1点和2点的
2
4
温度，并非吸热过程和放热过程的热源温度！
s
P
1
s
增压比
π ? P2 P1
循环的放热量
q2 ? q41 ? h4 ? h1 ? cp (T4 ? T1)
布雷敦循环的热效率
? t,B
? 1?
q2 q1
? 1?
cp (T4 ? T1) cp (T3 ? T2 )
?
1?
(T4 (T3
? T1 ) ? T2 )
?
1?
T1
(T4 T1
T2
(
T3 T2
? 1) ? 1)
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41——定压放热过程
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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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12
⑸ 实际(不可逆)定压加热循环分析
T
实际定压加热循环是不可逆的
3
就热效率而言，只要吸热量和放热量一定则
循环热效率一定
?t
? 1?
q2 q1
与加热过程和放热过程是否可逆无关
压气机和燃汽轮机工作过程的不可逆性则对 实际循环的热效率有影响
2 2s
4 4s
1
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
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
第7章 燃气轮机装置循环
§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
2 s
1
wnet ? (h3 ? h4 ) ? (h2 ? h1 ) ? cp (T3 ? T4 ) ? cp (T2 ? T1 )
?
cpT3 (1 ?
T4 ) ? T3
cp
T1
(
T2 T1
? 1)
4 P
s
按绝热过程参数关系
T2
?
( T3
)?
k ?1
πk
T1 T4
wnet
?
cpT3 (1 ?
1
k ?1
?
k ?1 ? 1)
?k
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10
k ?1
wnet ? cpT1(? k ? 1)(
? k?1 ? 1)
图中给出了 k=1.4的wnet =f(? ,?)函数关 ? k
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
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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2
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
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s
6
由绝热过程12和34 由定压过程23和41
T4 ? T1 T3 T2
T4 ? T3 T1 T2
T1
?
(
P1
k?1
)k
T2 P2
T4
?
(
P4
)
k ?1 k
T3 P3
P3 ? P2
P4 ? P1
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s 布雷顿循环
P4 ? P1 P3 P2
?
t,B
?
1?
T1
(
T4 T1
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
k
? ? ? 2(k?1) 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
实际燃气轮机工作过程理想化为定压加热 循环
工质视为某种定比热容理想气体 工质压缩过程12为定熵的绝热过程
燃烧过程23视为定压加热过程
工质在燃气轮机中定熵绝热膨胀34
废气排放到大气视同定压放热过程 41
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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5
⑶ 布雷顿循环的热效率
循环的吸热量 q1 ? q23 ? h3 ? h2 ? cp (T3 ? T2 )
)
?
cpT1 (?
?k
k ?1 k
? 1) ?
c pT1[TT13
(1 ?
1 k?1 ) ?
?k
(?
k ?1 k
? 1)]
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定义
wnet
?
c pT1[
T3 T1
(1 ?
1
k ?1
)
?
?k
(?
k ?1 k
? 1)]
增温比——循环的最高温度与最低温度之比
? ? T3
T1
k ?1
wnet ? cpT1 (? k ? 1)(
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
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§7.2 燃气轮机装置定压加热理想循环
布雷顿循环
T2
?
(
P2
k ?1
)k
?
k?1
πk
T1 P1
? t,B 的热效率仅取决于压缩 过程的增压比π
?k 随π的增大而提高
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⑷ 布雷敦循环的功输出
T
燃汽轮机装置常用作航空、船舰动力装置，
3
希望自重尽量小，输出功率最大
P
s
循环净功=两绝热过程技术功代数和
⑴ 燃气轮机装置工作过程
燃料 燃烧室
燃气轮机装置中的主要设备为
3 燃气
透平式空气压缩机
2
燃烧室 燃气轮机
1 压缩机 空气
燃气轮机装置
轴流式压气机不断将空气压送至燃烧室
燃料喷入燃烧室中燃烧
产生的高温高压燃气送至燃气轮机中膨胀作功
废气排放到大气中
燃气轮机
4 废气 大气
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4
⑵ 燃汽轮机装置定压加热理想循环 ——布雷敦循环 (Brayton cycle )