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
s
1
s
P 4
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
q1 q23 h3 h2 cp (T3 T2 )
循环的放热量
T P 2 s 1 P
k 2 ( k 1)
dwnet 0求得 d
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
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
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燃气轮机装置循环 的净功输出wnet
最佳增压比opt可利用 按此条件求得的该增压比为
k 1 π k
k 1 k
wnet cpT3 (1
1

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k 1 k
) cpT1 (
T3 1 1) c pT1[ (1 k 1 ) ( T1 k
1)]

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wnet
定义
T 1 c pT1[ 3 (1 k 1 ) ( T1 k
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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 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 q
T
3 2 4
t 1
2
2s 1
4s
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 实际定压加热燃气轮机装置循环
T2 P2 ( ) T1 P1
P π 2 P1
k 1 k k 1 π k
布雷顿循环
t,B 1
1
k 1 k
布雷敦循环的热效率仅取决于压缩 过程的增压比π 随π的增大而提高
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⑷ 布雷敦循环的功输出
燃汽轮机装置常用作航空、船舰动力装置， 希望自重尽量小，输出功率最大 循环净功=两绝热过程技术功代数和
t,B
T4 T1 ( 1) T1 1 T3 T2 ( 1) T2
t,B
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T1 1 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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T1 t,B 1 T2 不要与卡诺循环热效率表达式混淆
T P
2 s 1 P
3 s
4 s
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！ 增压比
2 压缩机 1 空气 燃料 燃烧室 3 燃气 燃气轮机
4 废气
大气
燃气轮机装置
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⑵ 燃汽轮机装置定压加热理想循环 ——布雷敦循环(Brayton cycle)
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
Tபைடு நூலகம்P
2 s 1 P P
3 s 4 s 2 P 3
k 1 k
1)]

增温比——循环的最高温度与最低温度之比
T3 T1
wnet cpT1 (
k 1 k
1)(

k 1 k
1)

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wnet cpT1 (
k 1 k
1)(

k 1 k
1)
系
图中给出了 k=1.4 的 wnet=f( ,) 函数关
§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
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 弃，更换新的工质
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
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
⑴ 燃气轮机装置工作过程
燃气轮机装置中的主要设备为 透平式空气压缩机 燃烧室 燃气轮机 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
T P
2 s 1 P
3 s
4 s
wnet (h3 h4 ) (h2 h1 ) cp (T3 T4 ) cp (T2 T1 )
T4 T2 c p T3 (1 ) c p T1 ( 1) T3 T1
按绝热过程参数关系
T3 T2 ( ) T1 T4
k 1 k
3 s 4 s
q2 q41 h4 h1 cp (T4 T1 )
布雷敦循环的热效率
t,B
cp (T4 T1 ) q2 1 1 q1 cp (T3 T2 ) T4 T1 ( 1) (T4 T1 ) T1 1 1 T3 (T3 T2 ) T2 ( 1) T2
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由绝热过程12和34
由定压过程23和41
T1 ( T2 P2 k 1 T4 P4 k ( ) T3 P3 P3 P2
P4 P 1 P4 P1 P3 P2
T4 T3 T1 T2
k 1 P1 k )
T P 2 s 1 P
3 s 4 s
布雷顿循环
T4 T1 T3 T2