《汽轮机原理》第03章02.ppt

* 3，简单燃气轮机装置的热力循环 简单燃气轮机工作的热力循环是等压循环，又称布雷顿循环 (图4—35)。 * 在理想情况下的热力循环 （1）曲线1—2’表示空气从1点被吸入在压气机中等熵压缩到2’点，其压力、温度从1点 、 上升到2’点 、 ，其等熵压缩比功： （5—54） 其中，ε——为压缩比（等熵过程）。 * （2）曲线2’—3’为工质定压吸热过程，燃料和空气在燃烧室中混合、燃烧，工质(燃气)在等压下吸热，温度由2’点的 上升到3’点的 ，吸入的热量 ： 其中，τ ——为加热比。 * （3）曲线3’—4’ 为工质在涡轮中等熵膨胀作功过程，工质从3’点压力 温度 ，下降到4’点压力 、温度 ，等熵膨胀功 （5—56） * （4）曲线4’—1 是作功后的工质从燃气轮机排大气，在等压下放热，4’点的压力 等于1点的压力 ，温度从4’点的 ，下降到1点的 ，放出的热量 ： * 4，整个理想循环单位质量工质所作的功 （5—58） 由此可见，简单燃气轮机理想循环所作的功是等熵膨胀功与等熵压缩功之差。 （5—59） 整个理想循环内单位质量工质所做功为工质吸热、放热之差： * 5，简单燃气机循环热效率 简单燃气轮机热效率即为作功和吸热量之比 （5—60） 由上式可知：简单燃气轮机的理想循环的热效率 （1）随着压比 增加热效率提高。 （2）效率 与加热比 无关。 * 6，简单燃气轮机的实际循环过程 实际循环中，工质通过各通流部件时，有能量损失（由摩擦、涡流、散热、在音速或超音速流动中冲激波等）存在。其实际循环过程为图4—35中的实线所示。实际简单循 环的比功和效率都小于理想循环的值。 * 7，发动机的推力 对于简单循环热力过程，发动机的推力可根据动量定理求得。设飞机飞行的速度为 ，尾喷管的出口截面积为 ，喷出的气流速度为 ，并假定忽略喷入燃油的质量，进入发动机的空气流量 与燃气流量 相等，则发动机的推力为： 当燃气在尾喷管内完全膨胀， ，发动机在地面静止状态下工作速度 =0，则： （5—61） （5—61）a * 8，发动机热力循环所产生的功率、效率 推进功率: 推进效率： （5—63） （5—62） 由上式可见，当燃气发生器的比功相同，飞行速度Uo一定， 越大，喷射速度 越大,推力和推进功越大，推进效率越高。所以，采用涡扇发动机和涡桨发动机的目的，就是为了在相同燃气发生器的条件下，增大推力，提高推进效率。 其功率用动能表示为: * 9，总效率 航空燃气轮机为热机和推进器的组合体，应用总效率来评价它的经济性。总效率应是加入燃料完全燃烧所产生的热能q有多少变为飞行的推进功。总效率应等于热效率和推进效率的乘积： （5—63） 一般情况下，涡轮喷气发动机的热效率约为0.25~0.40，推进效率为0.50~0.75，总效率约为0.20~0.30或更高一些。 * 三、提高燃气轮机的效率和比功 从上述分析中可知，要提高简单燃气轮机的效率和比功，就得: 1) 提高涡轮进口的温度； 2) 增加压比； 3) 设计高效率的通流部件 。 4) 对于航空喷气发动机，设法减小喷气速度与飞行速度之差。 另一方面，简单燃气轮机的排气温度很高(一般为400~500,甚至更高)，且用在压气机压缩空气的功率很大约占总功的三分之二，因此 5）可以采用余热利用； 6）空间冷却减少压缩功的方法来提高热效率。 * 联 合 动 力 循 环 一， 燃气—蒸汽联合循环 根据热力学基本定律可知，热力循环的理想热效率只取决于循环的平均吸热温度和平均放热温度。提高平均吸热温度和降低平均放热温度都可以提高循环的热效率。理想的热机的循环热效率可表达为： （11——26） 在实际中，一种工质能达较高的平均吸热温度 ，但不一定能达较低的平均放热温度 ，反之亦然。为了提高热机的热效率，可以采用多种工质组成的联合循环装置，从而达到较高的平均吸热温度 和较低的平均放热温度 。 * 燃气轮机装置的平均吸热温度较高（一般为1100~1200 ），但其排气温度也较高（一般为500~600 ）。这就有大量的热能损失。 在蒸汽动力循环中，汽轮机的进汽温度不可能很高（一般为540~560 ）。循环的平均放热温度很低（一般为30