《气体动力循环》PPT课件

1、第九章第九章 气体动力循环气体动力循环9-1 燃气轮机安装循环燃气轮机安装循环9-2 喷气式发动机及其循环喷气式发动机及其循环9-3 活塞式热气发动机及其循环活塞式热气发动机及其循环9-1 燃气轮机安装循环燃气轮机安装循环一、定压加热燃气轮机循环一、定压加热燃气轮机循环 定压加热燃气轮机安装循环勃雷登循定压加热燃气轮机安装循环勃雷登循环的组成：环的组成： 绝热紧缩过程压气机绝热紧缩过程压气机 定压加热过程熄灭室、加热器定压加热过程熄灭室、加热器 绝热膨胀过程燃气轮机、气轮机绝热膨胀过程燃气轮机、气轮机 定压放热过程大气、冷却器定压放热过程大气、冷却器闭式燃气闭式燃气轮机安装轮机安装 增压比增压

2、比=p2/p1=p2/p1 最高温度最高温度T3T3 升温比升温比= T3/T1= T3/T1/ )1(43/ )1(43/ )1(1212TTppppTT)(230231TTchhqp)(140142TTchhqp111)()(1123214123014012tTTTTTTTTcTTcqqpp参数关系：参数关系：循环加热量：循环加热量：循环放热量：循环放热量：循环热效率：循环热效率：定压加热燃气轮机循环特性：定压加热燃气轮机循环特性：整理上式，有整理上式，有/ )1(t11可见，可见，热效率，热效率。 功量功量燃气轮机轴功：燃气轮机轴功：压气机耗功：压气机耗功：)()(43043TsTTch

3、hwp)()(12012csTTchhwpcsTs0)()(www111/ )1(1/ )1(30TTcp燃气轮机安装的循环净功有极大值。燃气轮机安装的循环净功有极大值。当当/ )1(031max,TTw所以所以二、燃气轮机安装的实践循环二、燃气轮机安装的实践循环压气机耗功：压气机耗功：燃气轮机轴功：燃气轮机轴功：shhwc,12cs)()()(43TTshhw循环热效率：循环热效率：1csTs10t)()(qwwqwsppsppTTcTTcTTcTTcc,120130c,120T4301)()(1)()(实践燃气轮机安装中，压气机实践燃气轮机安装中，压气机的压气过程及燃气轮机的膨胀的压气过程

4、及燃气轮机的膨胀作功过程的不可逆损失较大。作功过程的不可逆损失较大。涡轮机效率涡轮机效率第九章 气体动力循环6ssc,/ )1(c,T/ )1(t1111因因所以有所以有/ )1(4312TTTTt3)(T 当 、 、 一定时，随着增压比的提高，循环热效率有一个极大值； sc,TtTc,sssc,/ )1(c,T/ )1(t1111可见：可见：热效率影响要素分析热效率影响要素分析 由由。；T1决议于大气环境，因此，提高熄灭所决议于大气环境，因此，提高熄灭所得高温燃气温度得高温燃气温度T3 (1) (1) 燃气轮机安装的回热循环燃气轮机安装的回热循环 理想循环的组成：理想循环的组成：1-21-2

5、为压气机中绝热紧缩；为压气机中绝热紧缩；2-62-6为回热器中定为回热器中定压预热；压预热；6-36-3为熄灭室中定压加热；为熄灭室中定压加热；3-43-4为燃气轮机中绝热膨胀；为燃气轮机中绝热膨胀；4-4-5 5为回热器中定压放热；为回热器中定压放热；5-15-1为大气中定压放热。为大气中定压放热。 理想回热：空气从理想回热：空气从T2 T2 升温至升温至T4T4，实践只能到，实践只能到T6T6。2426hhhhqq三、提高热效率的措施三、提高热效率的措施定义：回热度定义：回热度 采用回热措施时，空气进入熄灭室的温度由采用回热措施时，空气进入熄灭室的温度由T2T2提高到提高到T6T6，从而大

6、大提高了熄灭室中空气定压加热，从而大大提高了熄灭室中空气定压加热过程的平均加热温度，同时，排入大气的废气温度过程的平均加热温度，同时，排入大气的废气温度也由也由T4T4降低到降低到T5T5，从而降低了废气在定压放热过程，从而降低了废气在定压放热过程中的平均放热温度。因此，由等效卡诺循环的热效中的平均放热温度。因此，由等效卡诺循环的热效率公式可知，采用回热措施能提高燃气轮机安装循率公式可知，采用回热措施能提高燃气轮机安装循环的热效率。环的热效率。燃气轮机回热循环热效率可表示为燃气轮机回热循环热效率可表示为 6312431csTs10t)()()()(1hhhhhhqwwqw比热容为定值时，有比热

7、容为定值时，有)1 (1112343121434tTTTTTTTTTT/ )1(/ )1(/ )1(/ )1(t)1 (111代入参数间的关系式代入参数间的关系式 ，可得，可得 / ) 1(4312TTTT可见可见: : 增大升温比，可提高燃气轮机回热循环的热效率；增大升温比，可提高燃气轮机回热循环的热效率；/ )1(/ )1(/ )1(/ )1(t)1 (1) 1(1 当升温比及回热度一定时，随着增压当升温比及回热度一定时，随着增压比的提高，回热循环的热效率有一个极大值。比的提高，回热循环的热效率有一个极大值。当回热度增大时，与热效率极大值相对应的当回热度增大时，与热效率极大值相对应的增压比

8、的数值不断降低。增压比的数值不断降低。热效率影响要素分析热效率影响要素分析 由由 采用多级紧缩中间冷却以及多级膨胀中间再热的回热循环措施后，提高了平均加热温度及降低了平均放热温度，使得循环热效率得到较大的提高。(2)采用多级紧缩中间冷却以及再热的回热循环采用多级紧缩中间冷却以及再热的回热循环 压气机分为低压压气机和高压压气机；燃气轮机也分为高压级和低压级两部分，并在两者中间加设熄灭室。 但是这种安装的构造复杂，体积较大，因此经常单独采用多级紧缩中间冷却或多级膨胀中间再热。9-2 喷气式发动机及其循环喷气式发动机及其循环 在喷气式发动机中，熄灭产生的高温燃气经过喷管时在其在喷气式发动机中，熄灭产

9、生的高温燃气经过喷管时在其中绝热膨胀而获得高速。当高速气流从喷气式发动机尾部喷出中绝热膨胀而获得高速。当高速气流从喷气式发动机尾部喷出时，它所产生的反作用力就推进发动机向着与气流相反的方向时，它所产生的反作用力就推进发动机向着与气流相反的方向前进。前进。 喷气式发动机分量轻、体积小、功率大，其功率随本身运喷气式发动机分量轻、体积小、功率大，其功率随本身运动速度提高而增大，特别适宜用做航空发动机，成为航空上最动速度提高而增大，特别适宜用做航空发动机，成为航空上最普遍运用的发动机。普遍运用的发动机。 喷气式发动机以一定飞行速度前进时，空气以一样喷气式发动机以一定飞行速度前进时，空气以一样速度进入。

10、高速气流在前端扩压管速度进入。高速气流在前端扩压管1 1中降速升压后进入压中降速升压后进入压气机气机2 2，经绝热紧缩进一步升压。紧缩空气在熄灭室，经绝热紧缩进一步升压。紧缩空气在熄灭室3 3中中和喷入的燃料一同进展定压熄灭。产生的高温燃气先在和喷入的燃料一同进展定压熄灭。产生的高温燃气先在燃气轮机燃气轮机4 4中绝热膨胀产生轴功用于带动压气机，然后进中绝热膨胀产生轴功用于带动压气机，然后进入尾部喷管入尾部喷管5 5中，在其中继续膨胀获得高速，最后从尾部中，在其中继续膨胀获得高速，最后从尾部喷向大气。喷向大气。 任务过程：任务过程：喷气式发动机的理想热力循环分析喷气式发动机的理想热力循环分析

11、1-a 1-a扩压管中的绝热紧缩；扩压管中的绝热紧缩；a-2a-2压气机中的绝热紧缩；压气机中的绝热紧缩；2-2-33熄灭室中的定压吸热；熄灭室中的定压吸热；3-b3-b燃气轮机中的绝热膨胀；燃气轮机中的绝热膨胀；b-4b-4尾尾喷管中的绝热膨胀；喷管中的绝热膨胀；4-14-1大气中定压放热。大气中定压放热。 p-v p-v图上，面积图上，面积 代表压气机所耗代表压气机所耗费的轴功，面积费的轴功，面积 代表燃气轮机所输出的轴功，代表燃气轮机所输出的轴功，根据喷气发动机的任务原理，两轴功的数值相等，故两面积相等。根据喷气发动机的任务原理，两轴功的数值相等，故两面积相等。 显然，喷气式发动机的热力

12、循环和定压加热燃气轮机循环一样，显然，喷气式发动机的热力循环和定压加热燃气轮机循环一样，故可援用有关的结论来对其进展分析。故可援用有关的结论来对其进展分析。 111aa3223bb9-3 活塞式热气发动机及其循环活塞式热气发动机及其循环 活塞式热气发动机又称斯特林发动机，是一种外部加热的闭式循环活塞式热气发动机又称斯特林发动机，是一种外部加热的闭式循环的发动机，只是在近几十年来才获得较大的进展。的发动机，只是在近几十年来才获得较大的进展。突出优点：突出优点： 采用外部加热，故废气的污染少，可以采用多种燃料特别采用外部加热，故废气的污染少，可以采用多种燃料特别是劣质燃料，还可以利用核能。是劣质燃

13、料，还可以利用核能。 任务过程：任务过程： (1) (1)定温紧缩过程：配气活塞定温紧缩过程：配气活塞2 2位于上死点，动力活塞位于上死点，动力活塞1 1由其下死点向上挪动。由其下死点向上挪动。两活塞间紧缩腔内的工质受压，同时经过缸壁向冷却水放热。两活塞间紧缩腔内的工质受压，同时经过缸壁向冷却水放热。 (3) (3)定温膨胀过程：外部熄灭系统经过气缸顶部向膨胀腔内的工质加热，工定温膨胀过程：外部熄灭系统经过气缸顶部向膨胀腔内的工质加热，工质定温膨胀，推进配气活塞和动力活塞一同下移，输出容积变化功。质定温膨胀，推进配气活塞和动力活塞一同下移，输出容积变化功。 (2) (2)定容预热过程：动力活塞

14、定容预热过程：动力活塞1 1位于其上死点位置，配气活塞位于其上死点位置，配气活塞2 2从其上死点下移。迫使气缸紧缩腔内工质流入配气活塞上方的气缸从其上死点下移。迫使气缸紧缩腔内工质流入配气活塞上方的气缸膨胀腔。此时工质容积不变，在流过回热器膨胀腔。此时工质容积不变，在流过回热器3 3时被加热。配气活塞时被加热。配气活塞与和动力活塞相靠时，工质全部进入气缸的膨胀腔，定容预热过程与和动力活塞相靠时，工质全部进入气缸的膨胀腔，定容预热过程终了。终了。第九章 气体动力循环19 (4) (4)定容回热过程定容回热过程 ：动力活塞：动力活塞1 1位于其下死点，配位于其下死点，配气活塞气活塞2 2从其下死点

15、上移。使膨胀腔内工质经连通管流从其下死点上移。使膨胀腔内工质经连通管流入紧缩腔。此时工质容积不变，并在流过回热器入紧缩腔。此时工质容积不变，并在流过回热器3 3时向时向回热器放热，降低温度。当配气活塞回热器放热，降低温度。当配气活塞2 2移至其上死点时，移至其上死点时，工质全部进入紧缩腔，定容回热过程终了。工质全部进入紧缩腔，定容回热过程终了。 34maxg21ming12lnln11vvTRvvTRqqt 定温膨胀过程定温膨胀过程3-43-4中工质从外中工质从外部熄灭系统得到的热量为部熄灭系统得到的热量为 34maxg1lnvvTRq 定温紧缩过程定温紧缩过程1-21-2中工质向冷却介质放出的热量为中工质向冷却介质放出的热量为 热效率热效率 21ming2lnvvTRq 活塞式热气发动机理想循环活塞式热气发动机理想循环( (斯特林循环斯特林循环) )： 循环热效率分析：循环热效率分析： 工质在定容预热过程中得到的工质在定容预热过程中得到的热量与定容回热过程中的放热量热量与定容回热过程中的放热量相等。相等。 在活塞式热气发动机中，在活塞式热气发动机中，v1v1v4v4，v2v2v3v3，故可得到，故可得到maxmint1TT即在一样温度范围内，活