上海交通大学：《热力系统设计与实践 Design and Practice of Thermodynamic System》课程教学资源（2018课件）第14-16讲 气体动力循环 Gas Power Cycles（燃气轮机循环分析）

第9章 气体动力循环 (Gas Power Cycles) 上海克夏大￥ 2018年4月3日 2

2018年4月3日 2 第 9 章 气体动力循环 (Gas Power Cycles)

§9-1分析循环的一般方法（回顾) 一.分析循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。 二.分析动力循环的一般步骤 抽象、简化 1)实际循环（复杂不可逆） 可逆理论循环 分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径 指导改善 实际循环 2)分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际 损失的部位、大小、原因及改进办法。 上游克夏大￥ 2018年4月3日 3 FANCHIAI IUAO TONG UNIVERSIT

2018年4月3日 3 §9–1 分析循环的一般方法（回顾） 一 .分析循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。 二.分析动力循环的一般步骤 1）实际循环（复杂不可逆）抽象、简化 可逆理论循环 分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径 实际循环 指导改善 2）分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际 损失的部位、大小、原因及改进办法

三.分析循环的方法 1)第一定律分析法 以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。 2)第二定律分析法 综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。 熵分析法 —一熵产—作功能力损失 火用分析法一 火用损—火用效率 上游气通大学 2018年4月3日 4 FANCHIAI IUAO TONG UNIVERSIT

2018年4月3日 4 三.分析循环的方法 1）第一定律分析法 以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。 2）第二定律分析法 综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。 熵分析法 火用分析法 熵产 作功能力损失 火用损 火用效率

四、气体动力循环 ★空气标准假设 。气体动力循环中工作流体一 理想气体 空气一定比热 ·燃烧和排气过程一 吸热和放热过程 ·燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计 上游充夏大￥ 2018年4月3日 5 ANGHIAI ILAO TONG UNIVERSIT

2018年4月3日 5 ★空气标准假设 气体动力循环中工作流体 理想气体 空气 定比热 燃烧和排气过程 吸热和放热过程 燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计 四、气体动力循环

§9-6燃气轮机装置循环 一燃气轮机(gas turbine)装置简介 1 Fresh-air duct 8 Central tie beit 2 Inlet casing 9 Bearings 3 Center casing 10 Combustion chamoer 4 Outlet casing 11 Fiame cyinder 5 Stationory-blode catrier 12 Bumers B Compressor 13 Generato 7 Turbine tithine-nonprato 上游充通大￥ 2018年4月3日 6 SHANCIAI JLO TONG UNIVERSITY

2018年4月3日 6 §9-6 燃气轮机装置循环 一 .燃气轮机(gas turbine)装置简介 图 \设备图 \燃气轮机.doc

T红 E 035 At the Amoark GUC ptI1Le鲜. V34.2m8h8 上游充通大￥ ∠U10十牛月5▣ 7 SHANGIAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年4月3日 7

构成： Fuel- Combustion chamber 压气机(compressor) 3 燃烧室(combustion chamber) W心 Compressor Turbine 燃气轮机(gas turbine) Fresh Exhaust air gases 特点： l.开式循环(open cycle),工质流动 Heat 2.运转平稳，连续输出功 exchanger ② 3 3.启动快，达满负荷快 W心 Compressor Turbine 4.压气机消耗了燃气轮机产生功率 的绝大部分，但重量功率比 Heat exchanger (specific weight of engine)仍较大 用途：飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组(peak-load set). 上游克夏大￥ 2018年4月3日 8 HANCHIAI ILAO TONG UNIVERSITY

2018年4月3日 8 构成： 压气机(compressor) 燃烧室(combustion chamber) 燃气轮机(gas turbine) 特点： 1.开式循环(open cycle)，工质流动 2.运转平稳，连续输出功 3.启动快，达满负荷快 4.压气机消耗了燃气轮机产生功率 的绝大部分，但重量功率比 (specific weight of engine)仍较大 用途：飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组(peak-load set)…

二.定压加热理想循环 P -constant-pressure combustion cycle;Brayton cycle S 1-2等熵压缩 （压气机内）π= P constant constant 循环增压比一pressure ratio U 2-3定压吸热（燃烧室内） T T T 3 循环增温比一temperature ratio P=constant 3-4等熵膨胀（燃气轮机内) P=constant 4-1定压放热（排气，假想换热器） 上游克①大￥ 2018年4月3日 9 ANGIAI JLAO TONG UNIVERSITY

2018年4月3日 9 二.定压加热理想循环 —constant-pressure combustion cycle; Brayton cycle 1-2 等熵压缩（压气机内） 2-3 定压吸热（燃烧室内） 3-4 等熵膨胀（燃气轮机内） 4-1 定压放热（排气，假想换热器） 2 1 p p   循环增压比—pressure ratio 3 1 T T   循环增温比—temperature ratio

三.定压加热理想循环分析 T 1.热效率1t 3 q =hs-h2 =Cpm(T3-T2)=Cp(T3-T2) P=constant 92=h,-h=cm(T4-I)=c(亿4-T) 4out 7=1-=1-7:-Z P constant g T3-T2 T-n P4=P1 T T-T_T K一 → 4- -4 P3=P2 Ta-T T2 =1-3 注意：式中T,T,并非指高温 T K-1 热源，低温热源。 上游充通大￥ πK 2018年4月3日 10

2018 年 4 月 3 日 10 三 .定压加热理想循环分析 1.热效率 η t     1 3 2 3 2 3 2 3 2 q h h c T T c p T T t    pm t        1 2 1 1 2 1 3 4 4 3                     p p T T p p  T T 3 2 4 1 p p p p   2 1 3 4 T T T T   2 1 3 2 4 1 T T T T T T     1 1 2 1 1 1 t T T         注意：式中 T1，T2并非指高温 热源，低温热源 。     2 4 1 4 1 4 1 4 1 q h h c T T c p T T t    pm t    3 2 4 1 1 2 1 1 T T T T q q t       

2.分析 0.7 0.6 7=1- K-1 0.5 T 0.4 Typical pressure 0.3 ratios for gas- )π个n,个 n,与T无关？ turbine engines 0.2 0.1 5 10 15 20 25 Pressure ratio,p T b)π一定9，个wet个n,不变 3 1 上游文通大 2018年4月3日

2018年4月3日 11 2.分析 a)   t  t与T3无关 1 net ) t b qw   一定 不变   1 -1 2 1 1 1     t   T T ？