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（2017课件）第14-16讲 气体动力循环 Gas Power Cycles（燃气轮机循环分析）

2 第9章 气体动力循环 (Gas Power Cycles) 上游充通大粤 2017年3月31日星期五 2 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 2 2 第 9 章 气体动力循环 (Gas Power Cycles)

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 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。 上游究通大粤 2017年3月31日星期五 3 HANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 3 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

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。 熵分析法一熵产一作功能力损失 火用分析法 —火用损—火用效率 上游充通大学 2017年3月31日星期五 4 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 4 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

5 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 上游充通大学 2017年3月31日星期五 5 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 5 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

6 §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 bolt 2 inlet casing 9 Bearings 3 Center casing 10 Combustion chamber 4 Outlet casing 11 Flame cylinder 5 Stationary-blade camrier 12 Burners 6 Compressor 13 Generator 7 Turcine tuthine-oonorat 上游充通大学 2017年3月31日星期五 6 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 6 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

7 Compressed ait Hot gas Fresh ar Exhaust 95 Compressor Combust.on chambor At the Ambari GUC plant in Turkoy.so 3/34.2cd0 operat ian in the gas 上游充通大学 Gai buid ng whic动C0os of only 18mx 140m ∠U11开5月51口生别m 7 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 7 7

8 构成： Fuel- Combustion chamber 压气机(compressor) 燃烧室(combustion chamber) We心 Compressor Turbine 燃气轮机(gas turbine) Fresh Exhaust air gases 特点： 1.开式循环(open cycle),工质流动 Heat 2.运转平稳，连续输出功 exchanger 3.启动快，达满负荷快 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).… 上游充通大 2017年3月31日星期五 8 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 8 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)…

9 二.定压加热理想循环 qin -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 2-3 定压吸热（燃烧室内） T T 3 循环增温比一temperature ratio P constant 3-4等熵膨胀 （燃气轮机内) 4 4out P constant 4-1定压放热（排气，假想换热器) S 上降充通大学 2017年3月31日星期五 9 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 9 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

10 三.定压加热理想循环分析 T 1.热效率1t 3 9=h-h,=cpm2(T3-T)=cn(3-T,) P constant 0 q2 =hs-h=cpm(T;-T)=cp(T3-T) h=1-2-1-7-Z P=constant 91 T3-T2 K-1 P4=P1 4 K-1 → T4-T_☑ K P3=P2 T=T T. T:-T T2 =1- 注意：式中T1,T,并非指高温 T K-1 热源，低温热源 上海究通大粤 2017年3月31日星期五 10

2017年3月31日星期五 10 10 三.定压加热理想循环分析 1.热效率ηt     1 3 2 3 2 3 2 3 2 q h h c T T cp T T t    p m 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 cp T T t    p m t    3 2 4 1 1 2 1 1 T T T T q q t       

11 2.分析 0.7 %=1 0.6 0.5 K 0.4 Typical pressure 0.3 ratios for gas- a)π个n,个 7,与T无关？ turbine engines 0.2 0.1 5 10 15 20 Pressure ratio,p T 3 b)π一定9个w个n,不变 3 2 上游气通大粤 2017年3月31日星期五 S 11 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 11 11 2.分析 a)   t  t 与T3 无关 1 net ) t b q w   一定 不变   1 -1 2 1 1 1     t     T T ？