第4章 气体动力循环.ppt

工程热力学2 第4章 气体动力循环 第4章 气体动力循环 第4章 气体动力循环 5 6 7 8 T s 1 2 2s 3 4s 4 放热过程81的可用能损失 ⑷ 压气机工作过程中的不可逆损失 过程的熵产量 压缩过程12的可用能损失 5 6 7 8 T s 1 2 2s 3 4s 4 ⑸ 回热过程中的不可逆损失 回热过程的熵产等于冷、热流体流过回热器时的熵变之代数和 回热过程的可用能损失 第5次作业：10-15，10-18 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的循环 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 s 1 2 3 4 P s P s P ? 4 2 1 3 P s P s 布雷顿循环 ⑶ 布雷顿循环的热效率 循环的吸热量 循环的放热量 布雷敦循环的热效率 T s 1 2 3 4 P s P s T s 1 2 3 4 P s P s 由绝热过程12和34 由定压过程23和41 P4=P1 P3=P2 布雷顿循环的热效率仅取决于压缩过程的始、末态温度 布雷顿循环 不要与卡诺循环热效率表达式混淆 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 T s 1 2 3 4 P s P s 布雷顿循环 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 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 T s 1 2 3 4 P s P s 循环净功=两绝热过程技术功代数和 按绝热过程参数关系 定义 增温比——循环的最高温度与最低温度之比 当工质一定，初态1已知(cp、k和T1) 对一定的τ，循环净功wo仅取决于π wo随增压比π提高先增大，到达极大值后反转减少 对应于wo,max的为最佳增压比πopt 燃气轮机装置循环的净功输出wo 最佳增压比πopt可利用 按此条件求得的该增压比为 求得 增温比? 愈大，?opt也愈大 对应的wo,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τ，以便获得尽可能大的循环热效率和装置功率输出 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 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 12——不可逆绝热压缩，非定熵过程 34——不可逆绝热膨胀，非定熵过程 23——定压加热过程 41——定压放热过程 T s 1 2 2s 3 4s 4 实际定压加热燃气轮机装置循环12341 布雷顿循环12s34s1 T s 1 2 2s 3 4s 4 实际定压加热燃气轮机装置循环12341 压气机定熵效率 燃气轮机定熵效率 (相对内效率) 实际定压加热燃气轮机装置循环的净功输出 布雷顿循环12s34s1 初态1、增压比?相同情况下，实际循环的压气机功耗和燃气轮机的功输出与理想循环的差别由定熵效率表达 T s 1 2 2s 3 4s 4 实际定压加热循环吸热量 实际定压加热循环热效率 T s 1 2 2s 3 4s 4 实际循环热效率?t随?及?的变化关系如图示 实际燃气轮机装置循环的热效率(?c,s =?c,s =0.85;T1=290K;k=1.4) 实际燃气轮机装置循环的热效率(?c,s =?c,s =0.85;T1=290K;k=1.4) 初态、燃气轮机及压气机定熵效率一定的条件下： ·增压比? 一定时，增温比? 越大，循环的热效率?t越高 ·增温比? 一定时，循环热效率?t随增压比?增大而变化有一极大值；增温比? 越大该极大值越大，相应的增压比也越大 增压比? 对实际循环热效率的影响与对布雷顿循环的影响不一样 提高循环增温比? 在于提高燃气轮机进口处的温度T3 涉及金属材料耐热强度极限问题 为寻找出路，正在研究使用陶瓷材料作为替代