新能源課件 第4章氣體動(dòng)力循環(huán)

1、2021-12-291第4章氣體動(dòng)力循環(huán)2021-12-2922021-12-2932021-12-2942021-12-2952021-12-296奧托循環(huán)奧托循環(huán)2021-12-2973241vvvv；3421vvvv2323TTPP1414TTPP21vv43123421)()(PPPPvvvvkkk43121TTTTk2021-12-29843123421)()(PPPPvvvvkkk43121TTTTk1423PPPP1423TTTT23PP14231423TTTTPPPP2323TTPP1414TTPP2021-12-299) 1() 1(1)()(1)()(11232141231

2、423v14v12Ot,TTTTTTTTTTTTcTTcqq2021-12-2910121TTk2111TTk121Ot,111kTT) 1() 1(1232141Ot,TTTTTT1423TTTT21Ot,1TT2021-12-29111Ot,11k2021-12-29121T2T1T2T1T1T2T2T12t1TT2021-12-29131Ot,11kvg1cRk2021-12-29142021-12-2915 柴油機(jī)工作過程的示功圖柴油機(jī)工作過程的示功圖2021-12-29162021-12-2917薩巴德循環(huán)中各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的參數(shù)關(guān)系薩巴德循環(huán)中各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的參數(shù)關(guān)系 循環(huán)的特征參數(shù)循環(huán)的特征參

3、數(shù)sT4321ssPvv5vP1234Pssvv5壓縮比壓縮比 21vv定容升壓比定容升壓比 23PP定壓預(yù)脹比定壓預(yù)脹比34vv 由絕熱過程由絕熱過程1-2 1112112)(kkTvvTT由定容加熱過程由定容加熱過程2-3 22323TPPTT由定壓加熱過程由定壓加熱過程3-4 33434)(TvvTT由絕熱過程由絕熱過程4-5 15445)(kvvTT2021-12-291815445)(kvvTT11445)(kvvTT134vv 145)(kTT薩巴德循環(huán)的熱效率薩巴德循環(huán)的熱效率 薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)sT4321ssPvv534231qqq)()(34p23vTTcTTc)(15v

4、512TTcqq133144)(kvvvvT134134)(kvvvvTvP1234Pssvv52021-12-2919薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)sT4321ssPvv512sab.t,1qq)()()(134p23v15vTTcTTcTTc)()()(1342315TTkTTTT1112112)(kkTvvTT22323TPPTT33434)(TvvTT145)(kTT)1()1(1111sab.t,kkk2021-12-2920薩巴德循環(huán)的熱效率分析薩巴德循環(huán)的熱效率分析 工質(zhì)一定時(shí)，影響混合加熱循環(huán)熱工質(zhì)一定時(shí)，影響混合加熱循環(huán)熱效率的因素為效率的因素為 、 、 )1()1(1111sab.t

5、,kkksT32154 3 2 4 保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變 放熱平均溫度將保持不變放熱平均溫度將保持不變 增大循環(huán)的壓縮比增大循環(huán)的壓縮比 、定容升壓比、定容升壓比 1T1T 循環(huán)循環(huán)123451 12 3 4 51吸熱平均溫度吸熱平均溫度提高提高循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 t提高提高2021-12-2921)1()1(1111sab.t,kkksT32154 保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變 放熱平均溫度將保持不變放熱平均溫度將保持不變 壓縮比壓縮比 不變，不變，增大定壓預(yù)脹比增大定壓預(yù)脹比 1T1T 循環(huán)循環(huán)123451 123 4 51吸熱平均

6、溫度吸熱平均溫度下降下降循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 t降低降低3 4 由于絕熱膨脹作功份額減少由于絕熱膨脹作功份額減少 且定壓加熱過程的吸熱份額增大且定壓加熱過程的吸熱份額增大 預(yù)脹比預(yù)脹比 = 1時(shí)，即時(shí)，即v3=v4 時(shí)時(shí)混合加熱循環(huán)將成為定容加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)將成為定容加熱循環(huán) 2021-12-29224.4 內(nèi)燃機(jī)定壓加熱理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)定壓加熱理想循環(huán)狄塞爾循環(huán)狄塞爾循環(huán)（Diesel cycle） 近代生產(chǎn)的一些高增壓柴油機(jī)、汽車及船用高速柴油近代生產(chǎn)的一些高增壓柴油機(jī)、汽車及船用高速柴油機(jī)采用接近為定壓的燃燒過程機(jī)采用接近為定壓的燃燒過程 理想化為定壓加熱循環(huán)理想化為定壓加熱循環(huán)狄塞爾

7、循環(huán)狄塞爾循環(huán) 狄塞爾循環(huán)與薩巴德循環(huán)的不同僅在于狄塞爾循環(huán)與薩巴德循環(huán)的不同僅在于加熱過程加熱過程完全定壓完全定壓，定容部分消失，定容部分消失，即即 = 12021-12-2923狄塞爾循環(huán)的工作過程狄塞爾循環(huán)的工作過程 T4321ssPvvP1234Pssvs1為進(jìn)氣狀態(tài)為進(jìn)氣狀態(tài)12 絕熱壓縮過程絕熱壓縮過程 23 定壓加熱過程定壓加熱過程 3-4 絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程 4-1 定容放熱過程定容放熱過程 4廢氣狀態(tài)，排氣閥開啟廢氣狀態(tài)，排氣閥開啟狄塞爾循環(huán)的熱效率狄塞爾循環(huán)的熱效率 狄塞爾循環(huán)相當(dāng)于定容升壓比狄塞爾循環(huán)相當(dāng)于定容升壓比 = 1時(shí)的薩巴德循環(huán)時(shí)的薩巴德循環(huán) ) 1()

8、1(1111sab.t,kkk)1(111dieselt,kkk2021-12-2924狄塞爾循環(huán)的熱效率分析狄塞爾循環(huán)的熱效率分析 )1(111dieselt,kkk 工質(zhì)一定時(shí)工質(zhì)一定時(shí)壓縮比壓縮比 t 預(yù)脹比預(yù)脹比 t 關(guān)系如圖示關(guān)系如圖示綜合三種理論循環(huán)情況知，影綜合三種理論循環(huán)情況知，影響內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的主要因響內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比素是壓縮比 2021-12-29254.5 三種內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較三種內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較 初態(tài)初態(tài) 1、壓縮比、壓縮比 及吸熱量及吸熱量q1 相同時(shí)相同時(shí)sT13 S4O23O4S3S3D4Dsv 三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)1和壓

9、縮比和壓縮比 相同時(shí)相同時(shí)壓縮過程同為定熵過程壓縮過程同為定熵過程12放熱過程在過點(diǎn)放熱過程在過點(diǎn)1的同一定容線上的同一定容線上 由于由于T-s圖上氣體的定容線陡于定壓線圖上氣體的定容線陡于定壓線循環(huán)吸熱量循環(huán)吸熱量q1相同時(shí)相同時(shí)加熱過程終態(tài)的加熱過程終態(tài)的熵熵s4Os4S q2S q2O 2O 2S 2D12t1qq由由按另一種方法比較按另一種方法比較圖中明顯看出圖中明顯看出D1S1O1TTTD2S2O2TTT由由12t1TT 2O 2S 2D2021-12-2927sT13 S4O23O4S3S3D4Dsv 純粹從熱力學(xué)角度看來，定容加熱內(nèi)純粹從熱力學(xué)角度看來，定容加熱內(nèi)燃機(jī)循環(huán)比定壓加

10、熱循環(huán)優(yōu)越。不過從燃機(jī)循環(huán)比定壓加熱循環(huán)優(yōu)越。不過從圖上可看出，這時(shí)定容加熱循環(huán)所達(dá)到圖上可看出，這時(shí)定容加熱循環(huán)所達(dá)到的循環(huán)最高溫度、最高壓力值都最大，的循環(huán)最高溫度、最高壓力值都最大，就是說，相比之下定容加熱循環(huán)機(jī)器的就是說，相比之下定容加熱循環(huán)機(jī)器的工作條件最為嚴(yán)酷工作條件最為嚴(yán)酷 而且，實(shí)際上點(diǎn)燃式汽油機(jī)因存在爆燃問題不可能像而且，實(shí)際上點(diǎn)燃式汽油機(jī)因存在爆燃問題不可能像壓燃式柴油機(jī)那樣采用較高的壓縮比，因此按壓縮比相壓燃式柴油機(jī)那樣采用較高的壓縮比，因此按壓縮比相同來比較三種機(jī)器的前提條件不盡合理同來比較三種機(jī)器的前提條件不盡合理 若按同樣工作強(qiáng)度來比較三種機(jī)器，情況將發(fā)生變化若按同

11、樣工作強(qiáng)度來比較三種機(jī)器，情況將發(fā)生變化2021-12-29283PmaxTmax1P 2D42O2S3SsTTmaxPmax12D342O2S3S 初態(tài)初態(tài)1、最高溫度、最高溫度Tmax、最大壓力、最大壓力Pmax 相同相同 三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)1相同時(shí)相同時(shí)壓縮過程在過點(diǎn)壓縮過程在過點(diǎn)1的同一定熵線上的同一定熵線上放熱過程在過點(diǎn)放熱過程在過點(diǎn)1的同一定容線上的同一定容線上ss 最高溫度相同最高溫度相同 最大壓力相同最大壓力相同vv三種循環(huán)加熱過程到達(dá)同一終態(tài)三種循環(huán)加熱過程到達(dá)同一終態(tài)3最高溫度、最大壓力發(fā)生在加熱過程終態(tài)最高溫度、最大壓力發(fā)生在加熱過程終態(tài)定壓加熱定壓加熱(狄

12、塞爾狄塞爾)循環(huán)循環(huán)12D341絕熱膨脹作功過程同為絕熱膨脹作功過程同為34ss定容加熱定容加熱(奧托奧托)循環(huán)循環(huán) 12O341v混合加熱混合加熱(薩巴德薩巴德)循環(huán)循環(huán)12S341P2021-12-29293PmaxTmax1P 2D42O2S3SsTTmaxPmax12D342O2S3SssvvssvP 比較比較3種循環(huán)顯見：種循環(huán)顯見： 壓縮比壓縮比不同不同 D S O 放熱量相同放熱量相同q2D=q2S=q2O= q41 吸熱量不同吸熱量不同q1Dq1Sq1D（凈功不同（凈功不同 wD,netwS,netwO,net）12t1qq tD tS tO嚴(yán)格說來不同機(jī)器燃料不同無可比性嚴(yán)格

13、說來不同機(jī)器燃料不同無可比性影響循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比影響循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比 內(nèi)燃機(jī)排氣溫度約為內(nèi)燃機(jī)排氣溫度約為500，但壓縮后的溫度，但壓縮后的溫度t2可能更可能更高高無法作回?zé)崂脽o法作回?zé)崂?021-12-29302021-12-29314.6 燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán) 1壓縮機(jī)壓縮機(jī)燃燒室燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)234燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)?燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作過程燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作過程 燃?xì)廨啓C(jī)裝置中的主要設(shè)備燃?xì)廨啓C(jī)裝置中的主要設(shè)備為為透平式空氣壓縮機(jī)透平式空氣壓縮機(jī)燃燒室燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)軸流式壓氣

14、機(jī)不斷將空氣壓送至燃燒室軸流式壓氣機(jī)不斷將空氣壓送至燃燒室 燃料噴入燃燒室中燃燒燃料噴入燃燒室中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馑椭寥細(xì)廨啓C(jī)中膨脹作功產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馑椭寥細(xì)廨啓C(jī)中膨脹作功廢氣排放到大氣中廢氣排放到大氣中大氣大氣2021-12-2932 燃汽輪機(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)燃汽輪機(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)布雷敦循環(huán)布雷敦循環(huán)(Brayton cycle) 實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)工作過程理想化為定實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)工作過程理想化為定壓加熱循環(huán)壓加熱循環(huán) 工質(zhì)視為某種定比熱容理想氣體工質(zhì)視為某種定比熱容理想氣體工質(zhì)壓縮過程工質(zhì)壓縮過程12為定熵的絕熱過程為定熵的絕熱過程燃燒過程燃燒過程23視為定壓加熱過程視為定壓加熱

15、過程工質(zhì)在燃?xì)廨啓C(jī)中定熵絕熱膨脹工質(zhì)在燃?xì)廨啓C(jī)中定熵絕熱膨脹34廢氣排放到大氣視同定壓放熱過程廢氣排放到大氣視同定壓放熱過程41Ts1234PsPsP 4213PsPs布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)2021-12-2933 布雷頓循環(huán)的熱效率布雷頓循環(huán)的熱效率 循環(huán)的吸熱量循環(huán)的吸熱量 )(23p23231TTchhqq 循環(huán)的放熱量循環(huán)的放熱量 )(14p14412TTchhqq 布雷敦循環(huán)的熱效率布雷敦循環(huán)的熱效率 )()(1123p14p12Bt,TTcTTcqq) 1() 1(1)()(12321412314TTTTTTTTTTTs1234PsPs2021-12-2934Ts1234PsPs由絕

16、熱過程由絕熱過程12和和34 kkPPTT13434)(kkPPTT12121)(由定壓過程由定壓過程23和和41 2134PPPP2134TTTT2314TTTT21Bt,1TT) 1() 1(1232141Bt,TTTTTT布雷頓循環(huán)的熱效率僅取決于布雷頓循環(huán)的熱效率僅取決于壓縮過程的始、末態(tài)溫度壓縮過程的始、末態(tài)溫度 布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)23PP 14PP 2021-12-293521Bt,1TT 不要與卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式混淆不要與卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式混淆 式中的式中的T1和和T2只不過是循環(huán)中只不過是循環(huán)中1點(diǎn)點(diǎn)和和2點(diǎn)的溫度，并非吸熱過程和放熱點(diǎn)的溫度，并非吸熱過程和放熱過程的熱源

17、溫度！過程的熱源溫度！ 12PP 增壓比增壓比kkkkPPTT111212)(Ts1234PsPs布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)kk 1Bt,11 布雷敦循環(huán)的熱效率僅取決布雷敦循環(huán)的熱效率僅取決于壓縮過程的增壓比于壓縮過程的增壓比 隨隨的增大而提高的增大而提高 2021-12-2936 布雷敦循環(huán)的功輸出布雷敦循環(huán)的功輸出 燃汽輪機(jī)裝置常用作航空、船艦動(dòng)力燃汽輪機(jī)裝置常用作航空、船艦動(dòng)力裝置，希望自重盡量小，輸出功率最大裝置，希望自重盡量小，輸出功率最大Ts1234PsPs 循環(huán)凈功循環(huán)凈功=兩絕熱過程技術(shù)功代數(shù)和兩絕熱過程技術(shù)功代數(shù)和 )()()()(12p43p1243netTTcTTchhhhw

18、) 1()1 (121p343pTTTcTTTc按絕熱過程參數(shù)關(guān)系按絕熱過程參數(shù)關(guān)系 kkTTTT14312)()1()11 () 1()11 (1113111p13pnetkkkkpkkkkTTTcTcTcw2021-12-2937)1()11 (11131netkkkkpTTTcw定義定義增溫比增溫比循環(huán)的最高溫度與最低溫度之比循環(huán)的最高溫度與最低溫度之比13TT) 1)(1(111pnetkkkkTcw 當(dāng)工質(zhì)一定、初態(tài)當(dāng)工質(zhì)一定、初態(tài)1一定時(shí)一定時(shí) 若若 一定，循環(huán)凈功一定，循環(huán)凈功wnet僅取決于僅取決于 wnet隨增壓比隨增壓比 提高先增大，到達(dá)極大值后反轉(zhuǎn)減少提高先增大，到達(dá)極大

19、值后反轉(zhuǎn)減少 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于wnet,max的為最佳增壓比的為最佳增壓比 opt燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出的凈功輸出wnet式中式中 cp、k、T1已知已知2021-12-2938 最佳增壓比最佳增壓比opt可利用可利用0ddnetw按此條件求得的該增壓比為按此條件求得的該增壓比為 求得求得)1(2optkk增溫比增溫比 愈大，愈大， opt也愈大也愈大對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的wo,max值也愈大值也愈大 燃汽輪機(jī)裝置中壓氣機(jī)吸入的為大氣，因而布雷頓循燃汽輪機(jī)裝置中壓氣機(jī)吸入的為大氣，因而布雷頓循環(huán)的初始溫度環(huán)的初始溫度T1不可能隨意降低，為了提高循環(huán)的增溫不可能隨意降低，為了提高循環(huán)的增溫

20、比比 ，只有提高循環(huán)的最高溫度，只有提高循環(huán)的最高溫度T3在材料允許的條件下，可盡量采用高的增溫比在材料允許的條件下，可盡量采用高的增溫比，以便獲得盡可能大的循環(huán)熱效率和裝置功率輸出以便獲得盡可能大的循環(huán)熱效率和裝置功率輸出 2021-12-2939 實(shí)際實(shí)際(不可逆不可逆)定壓加熱循環(huán)分析定壓加熱循環(huán)分析 實(shí)際定壓加熱循環(huán)是不可逆的實(shí)際定壓加熱循環(huán)是不可逆的 就熱效率而言，只要吸熱量和放熱就熱效率而言，只要吸熱量和放熱量一定則循環(huán)熱效率一定量一定則循環(huán)熱效率一定 與加熱過程和放熱過程是否可逆無關(guān)與加熱過程和放熱過程是否可逆無關(guān) 壓氣機(jī)和燃汽輪機(jī)工作過程的不可逆壓氣機(jī)和燃汽輪機(jī)工作過程的不可逆

21、性則對(duì)實(shí)際循環(huán)的熱效率有影響性則對(duì)實(shí)際循環(huán)的熱效率有影響12t1qq 實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)12不可逆絕熱壓縮，非定熵過程不可逆絕熱壓縮，非定熵過程34不可逆絕熱膨脹，非定熵過程不可逆絕熱膨脹，非定熵過程23定壓加熱過程定壓加熱過程41定壓放熱過程定壓放熱過程Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱燃?xì)鈱?shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)輪機(jī)裝置循環(huán)12341布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)12s34s12021-12-2940Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱燃?xì)鈱?shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)輪機(jī)裝置循環(huán)12341 壓氣機(jī)定熵效率壓氣機(jī)定熵效率1212csc,sc,shhhhwws4343

22、sT,TsT,hhhhww 燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率(相對(duì)內(nèi)效率相對(duì)內(nèi)效率) 實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出sc,1243sT,cTnet)()(sshhhhwww布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)12s34s1 初態(tài)初態(tài)1、增壓比、增壓比 相同情況下相同情況下，實(shí)際，實(shí)際循環(huán)的壓氣機(jī)功耗和燃?xì)廨啓C(jī)的功輸循環(huán)的壓氣機(jī)功耗和燃?xì)廨啓C(jī)的功輸出與理想循環(huán)的差別由定熵效率表達(dá)出與理想循環(huán)的差別由定熵效率表達(dá)2021-12-2941Ts122s34s4sc,1243sT,cTnet)()(sshhhhwww 實(shí)際定壓加熱循環(huán)吸熱量實(shí)際定壓加熱循環(huán)吸熱量23231h

23、hqq1212sc,shhhh 實(shí)際定壓加熱循環(huán)熱效率實(shí)際定壓加熱循環(huán)熱效率)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettssshhhhhhhhqw)(112sc,12shhhh)(112sc,131shhhhq2021-12-2942Ts122s34s4)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettssshhhhhhhhqw)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettsssTTTTTTTTqwTchp) 1(1) 1() 1()1 ()(1) 1()1 (12sc,13sc,123413sT,12sc,13sc,121343sT,tssssssTTTTT

24、TTTTTTTTTTTTTTT2021-12-2943kkkkPPTTTT11124312)(ss13TT) 1(1) 1() 1()1 (12sc,13sc,123413sT,tsssTTTTTTTTTTsckkscsTkkt,1,11111 實(shí)際循環(huán)熱效率實(shí)際循環(huán)熱效率 t隨隨 及及 的的變化關(guān)系如圖示變化關(guān)系如圖示實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率( c,s = c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)2021-12-2944實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率( c,s = c,s =0.85;T1=290K;k=1.4) 初態(tài)、燃?xì)廨?/p>

25、機(jī)及壓氣機(jī)定初態(tài)、燃?xì)廨啓C(jī)及壓氣機(jī)定熵效率一定的條件下：熵效率一定的條件下：增壓比增壓比 一定時(shí)，增溫比一定時(shí)，增溫比 越越大，循環(huán)的熱效率大，循環(huán)的熱效率 t越高越高增溫比增溫比 一定時(shí)，循環(huán)熱效率一定時(shí)，循環(huán)熱效率 t隨隨增壓比增壓比 增大而變化有一極增大而變化有一極大值；大值；增溫比增溫比 越大該極大值越越大該極大值越大，相應(yīng)的增壓比也越大大，相應(yīng)的增壓比也越大kk 1Bt,11增壓比增壓比 對(duì)實(shí)際循環(huán)熱效率的影響對(duì)實(shí)際循環(huán)熱效率的影響與對(duì)布雷頓循環(huán)的影響不一樣與對(duì)布雷頓循環(huán)的影響不一樣2021-12-2945 提高循環(huán)增溫比提高循環(huán)增溫比 在于提高燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口處的溫度在于提高燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)

26、口處的溫度T3 涉及金屬材料耐熱強(qiáng)度極限問題，為尋找出路，正在研究使用涉及金屬材料耐熱強(qiáng)度極限問題，為尋找出路，正在研究使用陶瓷材料作為替代陶瓷材料作為替代實(shí)行實(shí)行回?zé)峄責(zé)嵩诨責(zé)岬幕A(chǔ)上實(shí)行在回?zé)岬幕A(chǔ)上實(shí)行分級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻和分級(jí)分級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻和分級(jí)膨脹、中間再熱膨脹、中間再熱提高提高增溫比增溫比主要方向主要方向減小過程的減小過程的不可逆性不可逆性，提高其定熵效率，提高其定熵效率提高提高Bryton循環(huán)效率的方法循環(huán)效率的方法sckkscsTkkt,1,111112021-12-29461燃燒室燃燒室234帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃

27、氣輪機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)564.6 燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱-回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 主要設(shè)備組成：主要設(shè)備組成： 帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置壓縮機(jī)壓縮機(jī)回?zé)崞骰責(zé)崞魅紵胰紵胰細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)工作過程：工作過程：壓縮機(jī)壓縮機(jī)吸入狀態(tài)為吸入狀態(tài)為1的空氣的空氣壓縮至狀態(tài)壓縮至狀態(tài)2，送入，送入回?zé)崞骰責(zé)崞髟诨責(zé)崞髦谢責(zé)嶂翣顟B(tài)在回?zé)崞髦谢責(zé)嶂翣顟B(tài)5后送入燃燒室后送入燃燒室燃料噴入燃燒室燃燒生成高溫高壓燃?xì)馊剂蠂娙肴紵胰紵筛邷馗邏喝細(xì)?，送入汽輪機(jī)送入汽輪機(jī)燃?xì)庠跉廨啓C(jī)中膨脹作功后燃?xì)庠跉廨啓C(jī)中膨脹作功后4排往回?zé)崞髋磐責(zé)崞髋艢庠诨責(zé)崞髦谢責(zé)崂鋮s至狀態(tài)排氣在回?zé)崞髦谢責(zé)崂?/p>

28、卻至狀態(tài)6成廢氣，排入大氣成廢氣，排入大氣回?zé)崞骰責(zé)崞?021-12-2947 燃?xì)廨啓C(jī)定壓燃燒燃?xì)廨啓C(jī)定壓燃燒-回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)1燃燒室燃燒室234燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)56回?zé)崞骰責(zé)崞鱐s12s可逆絕熱可逆絕熱(定熵定熵)壓縮壓縮2s5定壓回?zé)岫▔夯責(zé)?(回?zé)崞骰責(zé)崞?53定壓加熱定壓加熱 (燃燒室燃燒室)34s可逆絕熱可逆絕熱(定熵定熵)膨脹膨脹4s6定壓回?zé)岫▔夯責(zé)?(回?zé)崞骰責(zé)崞?12s534s661定壓放熱定壓放熱(大氣中大氣中)理想回?zé)嵫h(huán)理想回?zé)嵫h(huán)回?zé)峄責(zé)岵桓淖冄h(huán)過程基本性質(zhì)，利用放熱過程的放熱量不改變循環(huán)過程基本性質(zhì)，利用放熱過程的放

29、熱量 滿足吸熱過程需要。滿足吸熱過程需要。理想回?zé)崂硐牖責(zé)徇_(dá)到最大可能的回?zé)岢潭?，亦稱極限回?zé)峄蛲赀_(dá)到最大可能的回?zé)岢潭龋喾Q極限回?zé)峄蛲?全回?zé)?。全回?zé)帷?021-12-29481燃燒室燃燒室234燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)56回?zé)崞骰責(zé)崞鱐s12s534s6理想回?zé)徇^程理想回?zé)徇^程(2) 燃?xì)廨啓C(jī)出口工質(zhì)燃?xì)廨啓C(jī)出口工質(zhì)4s，先將，先將余熱交換給壓縮機(jī)出口工質(zhì)，余熱交換給壓縮機(jī)出口工質(zhì)，降至狀態(tài)降至狀態(tài)6，等于等于壓縮機(jī)出口處壓縮機(jī)出口處的工質(zhì)溫度的工質(zhì)溫度T2s。(1) 壓縮機(jī)出口工質(zhì)壓縮機(jī)出口工質(zhì)2回?zé)?，回?zé)?，達(dá)到狀態(tài)達(dá)到狀態(tài)5，等于燃?xì)廨啓C(jī)等于燃?xì)廨?/p>

30、機(jī)的排氣溫度的排氣溫度T4s； 回?zé)崞髦凶畲罂赡艿幕責(zé)崃炕責(zé)崞髦凶畲罂赡艿幕責(zé)崃縬4s6=q2s52021-12-2949Ts12s534s6(1) 過程性質(zhì)不改變，端點(diǎn)狀態(tài)不改變過程性質(zhì)不改變，端點(diǎn)狀態(tài)不改變 回?zé)岵祭最D循環(huán)特點(diǎn)回?zé)岵祭最D循環(huán)特點(diǎn)(2) 循環(huán)的循環(huán)的凈功輸出凈功輸出不變不變循環(huán)吸熱量循環(huán)吸熱量53531hhqq16612hhqq循環(huán)放熱量循環(huán)放熱量(4) 平均吸熱溫度平均吸熱溫度升高升高，平均放熱溫度，平均放熱溫度降低降低(6) 極限回?zé)嵫h(huán)的熱效率極限回?zé)嵫h(huán)的熱效率531661534t,121ssTTTT(5) 回?zé)岵祭最D循環(huán)的熱效率回?zé)岵祭最D循環(huán)的熱效率提高提高(3)

31、循環(huán)的吸、放熱量均循環(huán)的吸、放熱量均減少減少2021-12-2950實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)實(shí)際換熱器實(shí)際換熱器“端差端差”：冷流體出口溫度比熱流體的進(jìn)口冷流體出口溫度比熱流體的進(jìn)口溫度低溫度低47TT 28TT 熱流體出口溫度比冷流體的進(jìn)熱流體出口溫度比冷流體的進(jìn)口溫度高口溫度高Ts12345678 最大可能回?zé)崃孔畲罂赡芑責(zé)崃縬46=q25=cp(T4T6) 極限回?zé)嵫h(huán)為極限回?zé)嵫h(huán)為1253461 實(shí)際回?zé)嵫h(huán)為實(shí)際回?zé)嵫h(huán)為1273481 實(shí)際回?zé)崃繉?shí)際回?zé)崃縬48=q27=cp(T4T8)回?zé)岫然責(zé)岫葘?shí)際回?zé)釋?duì)最大可能回?zé)嶂葘?shí)際回?zé)釋?duì)最大可能回?zé)嶂?24

32、2724276427TTTThhhhhhhh1燃燒室燃燒室234燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)56回?zé)崞骰責(zé)崞?021-12-2951 燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)一般燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)一般 0.8回?zé)岫然責(zé)岫葘?shí)際回?zé)釋?duì)最大可能回?zé)嶂葘?shí)際回?zé)釋?duì)最大可能回?zé)嶂葘?shí)際回?zé)嵫h(huán)實(shí)際回?zé)嵫h(huán)1273481Ts12345678)(73p73731TTchhqq吸熱量吸熱量)(18p18812TTchhqq放熱量放熱量循環(huán)的循環(huán)的熱效率熱效率7318t,12734811TTTT2427TTTT循環(huán)端點(diǎn)狀態(tài)已知時(shí)循環(huán)端點(diǎn)狀態(tài)已知時(shí),據(jù)據(jù) 可確定回?zé)崞鞒隹跍囟瓤纱_定回?zé)崞鞒隹跍囟萒7

33、、T82021-12-2952增壓比增壓比較小時(shí)回?zé)岽胧?duì)循環(huán)的熱較小時(shí)回?zé)岽胧?duì)循環(huán)的熱效率才會(huì)有較明顯的影響效率才會(huì)有較明顯的影響Ts12345678隨增壓比隨增壓比 提高，提高，T2將不斷提高將不斷提高當(dāng)增壓比當(dāng)增壓比 高至令高至令T2 = T4 時(shí)，不可能有回?zé)徇^程存在時(shí)，不可能有回?zé)徇^程存在 2 回?zé)徇m用范圍回?zé)徇m用范圍回?zé)岽胧┲荒茉诨責(zé)岽胧┲荒茉陉懹藐懹玫墓潭ㄔO(shè)備中采用；的固定設(shè)備中采用；船艦和航空動(dòng)力裝置要求有盡量小的設(shè)備自重，因而不會(huì)采用回船艦和航空動(dòng)力裝置要求有盡量小的設(shè)備自重，因而不會(huì)采用回?zé)岽胧岽胧?在在T3不變的情況下不變的情況下T4不斷下降，回?zé)崃坑鷣聿粩嘞陆?，回?zé)?/p>

34、量愈來愈少愈少T33 4 特別注意特別注意2021-12-29534.7 多級(jí)壓縮和再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)多級(jí)壓縮和再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)Ts12343 TmaxT1 圖示為兩級(jí)壓縮，中間冷卻、兩級(jí)膨圖示為兩級(jí)壓縮，中間冷卻、兩級(jí)膨脹，中間再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)脹，中間再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)第第1級(jí)壓縮級(jí)壓縮冷卻器冷卻器某中間壓力某中間壓力定壓冷卻定壓冷卻至初溫至初溫第第2級(jí)壓縮級(jí)壓縮絕熱絕熱絕熱絕熱燃燒室燃燒室定壓加熱定壓加熱第第1級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)絕熱膨脹絕熱膨脹燃燒室燃燒室定壓再熱定壓再熱第第2級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)絕熱膨脹絕熱膨脹排大氣排大氣定壓放熱定壓放熱某中間壓力某中間壓力

35、至最高溫度至最高溫度2021-12-2954Ts12343 TmaxT1無限多級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻至初溫?zé)o限多級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻至初溫定溫壓縮定溫壓縮無限多級(jí)膨脹、級(jí)間再熱至最高溫度無限多級(jí)膨脹、級(jí)間再熱至最高溫度定溫膨脹定溫膨脹極限極限極限極限配以完全回?zé)釙r(shí)，循環(huán)將成為概括性卡諾循環(huán)配以完全回?zé)釙r(shí)，循環(huán)將成為概括性卡諾循環(huán)max1t1TT 從熱力學(xué)理論上看來從熱力學(xué)理論上看來 這是燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作溫度范圍這是燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作溫度范圍(T1,T3)內(nèi)所能達(dá)到的最大熱效率！內(nèi)所能達(dá)到的最大熱效率！2021-12-2955Ts12343 2 1 4 P1P2 不過，不過，若僅采用定溫壓縮若僅采用定溫壓縮

36、在布雷頓循環(huán)在布雷頓循環(huán)12341基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上以及定溫膨脹以及定溫膨脹這時(shí)將形成一個(gè)新的循環(huán)這時(shí)將形成一個(gè)新的循環(huán)12 234 41 如果不同時(shí)采取回?zé)岽胧?，新循如果不同時(shí)采取回?zé)岽胧卵h(huán)的熱效率反而不如原來的高！環(huán)的熱效率反而不如原來的高！證明如下：證明如下： 可以將定壓加熱過程向上延伸至可以將定壓加熱過程向上延伸至3 絕熱膨脹至排氣壓力絕熱膨脹至排氣壓力P2(4 ) 將定壓放熱過程向下延伸至將定壓放熱過程向下延伸至1 絕熱壓縮至新氣壓力絕熱壓縮至新氣壓力P1(2 )形成另一布雷頓循環(huán)形成另一布雷頓循環(huán)1 2 233 4 411 其實(shí)此循環(huán)是在循環(huán)其實(shí)此循環(huán)是在循環(huán)12341的基礎(chǔ)上的基

37、礎(chǔ)上附加布雷頓循環(huán)附加布雷頓循環(huán)1 2 211 和和433 4 4構(gòu)成構(gòu)成2021-12-2956Ts12343 2 1 4 P1P2布雷頓循環(huán)熱效率僅取決于增壓比布雷頓循環(huán)熱效率僅取決于增壓比 kk 1Bt,11圖中圖中4個(gè)布雷頓循環(huán)的熱效率相同個(gè)布雷頓循環(huán)的熱效率相同另一方面另一方面循環(huán)循環(huán)12 34 1 = 循環(huán)循環(huán)12341+循環(huán)循環(huán)12 21+循環(huán)循環(huán)43 4 421211, 12112, 1qq21211, 02112, 0ww21 211, t2112, t44433, t4434, t14321 , t13412, t12341, t13412, t44433, 24434,

38、2qq44433, 04434, 0ww（思考題（思考題10-4、10-5的解答）的解答）其中其中2021-12-2957例例4-1(習(xí)題習(xí)題10-18) 某電廠以燃?xì)廨啓C(jī)裝置產(chǎn)生動(dòng)力，向發(fā)電機(jī)輸出的功率為某電廠以燃?xì)廨啓C(jī)裝置產(chǎn)生動(dòng)力，向發(fā)電機(jī)輸出的功率為20 MW，循環(huán)簡(jiǎn)圖如圖，循環(huán)簡(jiǎn)圖如圖10-23，循環(huán)最低溫度為，循環(huán)最低溫度為290 K、最高為、最高為1500 K,循環(huán)最低壓力為循環(huán)最低壓力為95 kPa、最高壓力為、最高壓力為950 kPa。循環(huán)中設(shè)一回。循環(huán)中設(shè)一回?zé)崞?，熱器，回?zé)岫葹榛責(zé)岫葹?5% 。壓氣機(jī)絕熱效率。壓氣機(jī)絕熱效率 c,s = 0.85，燃?xì)廨啓C(jī)的，燃?xì)廨啓C(jī)的相對(duì)

39、內(nèi)部效率相對(duì)內(nèi)部效率 T = 0.87。(1)試求燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率、壓氣機(jī)試求燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率、壓氣機(jī)消耗的功率和循環(huán)熱效率；消耗的功率和循環(huán)熱效率；(2)假設(shè)循環(huán)中工質(zhì)自假設(shè)循環(huán)中工質(zhì)自1800 K的高溫的高溫?zé)嵩次鼰幔驘嵩次鼰?，?90 K的低溫?zé)嵩吹牡蜏責(zé)嵩?環(huán)境介質(zhì)環(huán)境介質(zhì))放熱，求每一過程的放熱，求每一過程的不可逆損失。不可逆損失。 解：認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)是空氣，且為定比解：認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)是空氣，且為定比熱容理想氣體熱容理想氣體 5678Ts122s34s4 12s34s1為理想循環(huán)為理想循環(huán)布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán) 考慮壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率時(shí)的實(shí)際考慮壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)

40、定熵效率時(shí)的實(shí)際循環(huán)為循環(huán)為12341 極限回?zé)釙r(shí)極限回?zé)釙r(shí)T4=T5 ；T2=T6，考慮回?zé)岫葧r(shí)循環(huán)為考慮回?zé)岫葧r(shí)循環(huán)為12734812021-12-2958.循環(huán)中各端點(diǎn)的溫度：循環(huán)中各端點(diǎn)的溫度：K 90.559)95950(290)(4 .114 .11121s2kkPPTT5678Ts122s34s4K 92.776)95095(1500)(4 .114 .11213s4kkPPTT燃?xì)廨啓C(jī)的定熵效率（相對(duì)內(nèi)效率）燃?xì)廨啓C(jī)的定熵效率（相對(duì)內(nèi)效率） s4343s4343TTTTThhhhK 92.87087.0)92.7761500(1500)(s4334TTTTT壓氣機(jī)的定熵效率壓氣

41、機(jī)的定熵效率 85. 029029090.5592121s2121s2sc,TTTTThhhh2021-12-29595678Ts122s34s4K 53.60729085. 029090.5592T由回?zé)岫鹊亩x由回?zé)岫鹊亩x 有, 2427TTTTK 07.80553.607)53.60792.870(75. 0)(2247TTTT燃?xì)廨啓C(jī)的軸功：燃?xì)廨啓C(jī)的軸功： kJ/kg 23.632)92.8701500(005. 1)(43p43TTTchhhw壓氣機(jī)消耗的軸功：壓氣機(jī)消耗的軸功： kJ/kg 12.319)29053.607(005.1)(12p12cTTchhhw85. 029

42、029090.5592T2021-12-29605678Ts122s34s4燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)流率：燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)流率： )( gcTWwwmkg/s 875.6312.31923.63210203cTgwwWm 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率 MW 38.4023.632875.63TTwmW 壓氣機(jī)消耗的功率壓氣機(jī)消耗的功率 MW 38.2012.319875.63ccwmW循環(huán)的吸熱量循環(huán)的吸熱量 kJ/kg 40.698)07.8051500(005. 1)(73p731TTchhq2021-12-29615678Ts122s34s4 循環(huán)的熱效率循環(huán)的熱效率 4483. 040.69812.31923.6321cTtqww. 定壓加熱過程的不可逆損失：定壓加熱過程的不可逆損失： 過程的熵產(chǎn)量過程的熵產(chǎn)量 K)kJ/(kg 2374. 018