燃?xì)廨啓C(jī)原理精講

燃?xì)廨啓C(jī)原理與性能精講第一章 概論 1-1燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)介 1-2燃?xì)廨啓C(jī)的開(kāi)展 1-3燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用 1-4燃?xì)廨啓C(jī)的未來(lái)1-5燃?xì)廨啓C(jī)的分類(lèi) 1-6燃?xì)廨啓C(jī)涉及的主要學(xué)科 1-7燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程第二章 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)理論 2-1燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)主要性能指標(biāo) 2-2理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán) 2-3實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán) 2-4復(fù)合燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)第三章 燃?xì)廨啓C(jī)熱力計(jì)算 3-1熱力計(jì)算的目的 3-2燃燒室計(jì)算方法 3-3熱力計(jì)算的步驟 3-4熱力計(jì)算的舉例第四章 相似理論 4-1相似準(zhǔn)那么 4-2相似參數(shù)與換算參數(shù)課程內(nèi)容第五章 燃?xì)廨啓C(jī)部件特性

5-1軸流壓氣機(jī)特性 5-2透平特性

5-3燃燒室特性 5-4徑向壓氣機(jī)、向心渦輪特性第六章 燃?xì)廨啓C(jī)變工況性能計(jì)算

6-1燃?xì)廨啓C(jī)部件特性的處理 6-2燃?xì)廨啓C(jī)部件間的匹配

6-3變工況性能計(jì)算方法 第七章 燃?xì)廨啓C(jī)過(guò)渡工況

7-1燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)過(guò)程 7-2燃?xì)廨啓C(jī)加速過(guò)程

7-3燃?xì)廨啓C(jī)減速過(guò)程 7-4燃?xì)廨啓C(jī)加減速過(guò)程參數(shù)控制第八章 燃?xì)廨啓C(jī)性能仿真

8-1仿真方法 8-2計(jì)算實(shí)例教學(xué)參考書(shū)1、燃?xì)廨啓C(jī)裝置 沈炳正機(jī)械工業(yè)出版社2、燃?xì)廨啓C(jī)原理與性能翁史烈上海交通大學(xué)出版社3、燃?xì)廨啓C(jī)工作原理及性能朱行健王雪瑜科學(xué)出版社4、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)理論佐滕豪5、GasTurbineTheory H.Cohen,G.F.Rogers,H.I.H.Saravanamuttoo參考書(shū)目第一章概論1.1燃?xì)廨啓C(jī)的組成及工作原理SimplegasturbinesystemC-compresserT-TurbineB–Combustionchamber1-2燃?xì)廨啓C(jī)的開(kāi)展公元前150年埃及哲學(xué)家Hero創(chuàng)造了一個(gè)玩具－－汽轉(zhuǎn)球(Aeolipile〕1629-GiovanniBranca利用蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)磨粉機(jī)1687IsaacNewton－－蒸汽貨車(chē)1791JohnBarber第一個(gè)利用現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)原理申請(qǐng)的設(shè)計(jì)專(zhuān)利1872-Dr.F.Stolze(1836-1910)設(shè)計(jì)了真正的第一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，具有多級(jí)渦輪和單級(jí)的壓氣機(jī)，但并沒(méi)有靠自身動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)1914-CharlesCurtis

檔案記載的應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)第一人(1864-1949)

AegidiusElling1882開(kāi)始設(shè)計(jì)GT；1884獲得專(zhuān)利；11馬力，六級(jí)離心式壓氣機(jī)，可變?nèi)~片擴(kuò)壓器，級(jí)間噴水；帶有回?zé)崞?；蒸汽與燃?xì)饣旌线M(jìn)入噴嘴；一級(jí)向心透平；回?zé)嵬钙?；T3=500C；44馬力；具有了4軸的想法;1930FrankWhittle1930年申請(qǐng)了第一個(gè)用于噴氣推進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)專(zhuān)利1941年第一臺(tái)安裝在飛機(jī)上的燃?xì)廨啓C(jī)誕生〔速度＝370MPH，1000磅推力〕1939－HansvonOhainandMaxHahn第一架?chē)姎馐斤w機(jī)〔HE-178〕1100磅推力，400MPH速度；采用離心壓氣機(jī)，后改用軸流壓氣機(jī)10整理ppt發(fā)電設(shè)備功率：50MW效率：40%功率/重量、功率/體積最高的動(dòng)力形式-燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備功率：5萬(wàn)千瓦效率：40%功率/重量、功率/體積最高的動(dòng)力形式-燃?xì)廨啓C(jī)11整理ppt占地面積小；高效、環(huán)保；21世紀(jì)最具競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電方式；占地面積小；高效、環(huán)保；21世紀(jì)最具競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電方式；12整理ppt海軍艦船13整理ppt機(jī)車(chē)車(chē)輛英國(guó)98年研制4000馬力機(jī)車(chē)英國(guó)98年研制4000馬力機(jī)車(chē)14整理ppt1999年1月-2000年6月世界燃?xì)廨啓C(jī)裝機(jī)容量15整理ppt燃?xì)廨啓C(jī)的未來(lái)--燃?xì)廨啓C(jī)+熱交換技術(shù)〔換熱器〕16整理ppt渦輪入口溫度的提高17整理ppt簡(jiǎn)單循環(huán)：?jiǎn)屋S、分軸、雙軸、多軸燃?xì)廨啓C(jī)單軸：負(fù)荷固定、轉(zhuǎn)速固定；發(fā)電用；壓氣機(jī)固有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有利于防止在甩負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生飛車(chē)；參加熱交換器可以使整機(jī)熱效率提高，但這要損失10%功率。分軸：起動(dòng)機(jī)僅滿(mǎn)足燃?xì)獍l(fā)生器即可；甩負(fù)荷時(shí)會(huì)帶來(lái)渦輪的飛車(chē)，所以控制系統(tǒng)要有保證。多軸：如果不采用熱交換器而獲得高的熱效率，就要有高壓縮比。雖然多級(jí)離心式壓氣機(jī)具有高的壓比，但其效率要比軸流式的低，所以通常都是采用軸流式壓氣機(jī)。而當(dāng)壓氣機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于壓氣機(jī)后幾級(jí)由于出口面積減小，空氣密度降低，氣體軸向速度加大，葉片會(huì)出現(xiàn)阻塞。這種不穩(wěn)定區(qū)的出現(xiàn)，會(huì)發(fā)生在燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)或低負(fù)荷情況。所以只在一臺(tái)壓氣機(jī)上取得8以上的壓比是很困難的。但只要采取將一臺(tái)分為兩臺(tái)或更多臺(tái)時(shí)，就可以克服上述困難。在有些特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于流量小，多采用離心式；而軸流式那么會(huì)由于流量小使其葉片過(guò)短，難以保證其效率。開(kāi)式循環(huán)：1-4燃?xì)廨啓C(jī)的分類(lèi)多軸燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子19整理ppt最初雙軸燃?xì)廨啓C(jī)壓比在10：1，而它適合于30：1這樣的比值。多軸的另一種形式：如果有幾級(jí)導(dǎo)葉是可調(diào)的，那么就可在高壓比下采用一臺(tái)壓氣機(jī)。GE已在一臺(tái)壓氣機(jī)上實(shí)現(xiàn)了15：1。在給定壓比下，壓縮功只與入口空氣溫度有關(guān)。---進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。在許多情況下，機(jī)組的尺寸和重量要比熱效率重要。

優(yōu)點(diǎn)：可以在整個(gè)循環(huán)中采用較高的壓比---高的氣體密度，這可以在給定輸出功率下減小機(jī)組尺寸；可以使發(fā)電功率只隨閉路中的壓力變化。這種控制形式意味著在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，最高循環(huán)溫度不會(huì)改變，因此，總體效率少有變化。缺點(diǎn)：需要外部加熱系統(tǒng)；這樣加熱器外表溫度給主循環(huán)最高溫度設(shè)定了上限。復(fù)雜循環(huán)：閉式循環(huán)：輕型結(jié)構(gòu)<10KG/PS，重型結(jié)構(gòu)>15KG/PS輕型結(jié)構(gòu)：航空機(jī)和航空改型艦用燃?xì)廨啓C(jī)，工業(yè)輕型〔重載輕型〕重型結(jié)構(gòu)：工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī) 金屬耐熱極限---1100℃；渦輪進(jìn)氣溫度：1460℃ 采用空氣冷卻葉片；---冷卻技術(shù) 耐高溫材料〔單晶鑄造，定向凝固等技術(shù)〕壽命：工業(yè)輕型2-10萬(wàn)小時(shí)；燃?xì)廨啓C(jī)裝置的優(yōu)勢(shì)：1、裝置輕小；投資僅為蒸汽動(dòng)力廠的20-80%以下；重量和所占空間只有蒸汽輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)的幾分之一或幾百分之一；技術(shù)周期短；現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)圖：?jiǎn)挝还β手亓浚?1整理ppt2、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，公害少-----最理想的清潔能源轉(zhuǎn)換裝置3、節(jié)省廠用水、電、潤(rùn)滑油；4、啟動(dòng)快、自動(dòng)化程度高；5、維修快，運(yùn)行可靠流體力學(xué)〔氣體動(dòng)力學(xué)〕熱力學(xué)與傳熱自動(dòng)控制材料與強(qiáng)度1-5燃?xì)廨啓C(jī)涉及的主要學(xué)科市場(chǎng)調(diào)研技術(shù)規(guī)格書(shū)用戶(hù)需求循環(huán)方式選擇研究設(shè)計(jì)點(diǎn)確實(shí)定氣動(dòng)模型修改功率提高與改型部件試驗(yàn)設(shè)計(jì)修改壓氣機(jī)、渦輪、進(jìn)、排氣等氣動(dòng)設(shè)計(jì)輪盤(pán)、葉片、殼體等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)及制造試驗(yàn)及研究產(chǎn)品變工況性能強(qiáng)度修改控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)售后效勞燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)流程24整理ppt美國(guó)能源部21世紀(jì)先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)研究〔AGTSR〕方案高溫和耐腐蝕材料科學(xué)燃燒現(xiàn)象的深入了解天然氣或其他燃料燃燒時(shí)的污染物形成和減少新型熱力循環(huán)的根底理論1992年-2003年向大學(xué)設(shè)立了74個(gè)工程，投資約$35,485,299.

思考題1-1為什么說(shuō)燃?xì)廨啓C(jī)在未來(lái)的發(fā)電設(shè)備中具有競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力形式？1-2燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)展中的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？1-3為什么說(shuō)燃?xì)廨啓C(jī)未來(lái)的開(kāi)展離不開(kāi)熱交換器的開(kāi)展？1-4先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的標(biāo)志性的參數(shù)是什么？為什么？第二章燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)理論

決定燃?xì)廨啓C(jī)前途的因素:裝置的熱效率裝置的尺寸,重量對(duì)燃料的適應(yīng)性影響燃?xì)廨啓C(jī)性能的兩個(gè)因素:部件效率和渦輪初溫;1904年兩個(gè)法國(guó)工程師Armengaud和Lemale,建造了一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī),部件效率60%,渦輪初溫740K。(只夠自己運(yùn)轉(zhuǎn))整機(jī)的效率還和壓比有關(guān);燃?xì)廨啓C(jī)的開(kāi)展和空氣動(dòng)力學(xué)的開(kāi)展相關(guān)： 壓比35,部件效率85-90,初溫1650K.(86年的目標(biāo))2-1燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)主要性能指標(biāo)1.比功w：描述燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)作功性能的好壞的指標(biāo)。單位質(zhì)量工質(zhì)下所做的功。為什么不用功率作為描述循環(huán)性能的指標(biāo)？2.熱效率ηt和耗油率sfc(specificfuelconsumption)

耗油率：2-2理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析假設(shè)條件：壓縮和膨脹過(guò)程是可逆的、絕熱的即等熵的。忽略部件進(jìn)出口工質(zhì)的動(dòng)能變化；在進(jìn)氣管道、燃燒室、熱交換器、間冷器、排氣管和連接部件的管道均不考慮壓力損失；工質(zhì)在整個(gè)中具有同樣的組分，并且是比熱不變的完全氣體；氣體質(zhì)量流量在整個(gè)循環(huán)中不變；在熱交換器中充分換熱；理想簡(jiǎn)單燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)此種循環(huán)的極限是什么？

此種循環(huán)的熱效率

12

31’’’TSvp2’2’’

3’2’’’

3’’

3’’’4’’’4卡諾循環(huán)；1-2等熵加熱；2-3等溫膨脹；3-4等熵放熱；4-3等溫壓縮EricssonCycle斯特林循環(huán)布雷頓〔Braytoncycle)幾種典型的熱力循環(huán)比較四個(gè)循環(huán)說(shuō)明了布雷頓循環(huán)的改進(jìn)方向——向EricssonCycle靠近ThecycleefficiencyisMakinguseoftheisentropicp-Trelation,AndpressureratioThenshownTheefficiencythusdependsonlyonthepressureratioandnatureofthegas.SpecificworkoutputW,

31整理ppt此時(shí)輸出功為最大。理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)其最大效率是隨壓比的增加而上升。復(fù)雜循環(huán)—回?zé)嵫h(huán)T2T1T3T4T6T5TSWithidealheat-exchange20406080124108612Specificworkoutputisunchangedbytheadditionofaheat-exchanger33整理ppt2-3實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)1.實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)與理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的差異？2.如何考慮實(shí)際的燃?xì)鉄崃π再|(zhì)？3.實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)性能？溫比、壓比對(duì)性能的影響？一、壓氣機(jī)效率、渦輪效率用滯止等熵效率來(lái)衡量實(shí)際過(guò)程和等熵過(guò)程的差距。問(wèn)題：34整理ppt實(shí)際的裝置比功燃?xì)廨啓C(jī)的:增加的百分?jǐn)?shù)是增加的百分?jǐn)?shù)的倍。有用功系數(shù)小者，對(duì)及的影響大，即裝置對(duì)的變化愈敏感。

35整理ppt二、壓力損失

實(shí)際過(guò)程中，工質(zhì)在燃燒室、回?zé)崞?、間冷器、空氣濾清器、消音器系統(tǒng)中流動(dòng)必然產(chǎn)生流阻損失，表現(xiàn)為工質(zhì)的滯止壓力的損失。燃燒室的壓損率

進(jìn)氣道的壓損率

排氣道的壓損率36整理ppt渦輪膨脹比為滯止壓恢復(fù)系數(shù)〔三〕空氣、燃?xì)饬髁康淖兓?7整理ppt燃料與空氣比約為1/40-1/120,相對(duì)較??；氣封漏氣和抽氣冷卻空氣也使流量改變；計(jì)算中：以空氣流量為基準(zhǔn)。抽氣或漏氣5%，會(huì)使功率下降10～20%；效率下降0.02-0.06。〔四〕燃燒室效率38整理ppt〔五〕燃?xì)庑再|(zhì)定比熱：比熱為常量；〔平均比熱〕；用于簡(jiǎn)單循環(huán)計(jì)算；變比熱:比熱是溫度、燃料空氣比的函數(shù)。實(shí)際計(jì)算使用；使用方式：查圖表；數(shù)學(xué)表達(dá)式〔程序〕；

39整理ppt〔六〕回?zé)岫取㈤g冷度回?zé)岫?/p>

間冷度〔七〕機(jī)械效率〔八〕實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)性能〔a〕壓比的影響簡(jiǎn)單循環(huán)的效率理論上隨壓比的提高而增加。但實(shí)際的簡(jiǎn)單循環(huán)不同。對(duì)應(yīng)最大比功和最大效率都有一個(gè)不同值的壓比?；?zé)嵫h(huán)可以使兩個(gè)壓比值接近；42整理ppt〔b〕溫比的影響每增加100℃，比功約增加20-40%；效率增高0.02-0.05；實(shí)際大氣溫度的影響：降低比提高對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響要大幾倍。由于工質(zhì)變化和各種損失〔熱損失、化學(xué)損失、機(jī)械損失、流動(dòng)損失〕造成了理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)與實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的差異。43整理ppt實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)設(shè)計(jì)點(diǎn)計(jì)算〔1〕求帶有回?zé)岬膶?shí)際燃?xì)廨啓C(jī)的輸出比功、燃料消耗率、循環(huán)效率。： 壓比 4.0；渦輪入口溫度 1100K； 壓氣機(jī)絕熱效率 0.85；渦輪絕熱效率 0.87； 機(jī)械效率 0.99；燃燒效率 0.98； 換熱器效率 0.80； 壓力損失-------- 燃燒室， 2%壓氣機(jī)出口壓力； 換熱器空氣側(cè) 3%壓氣機(jī)出口壓力； 換熱器空氣側(cè) 0.04bar 大氣條件 1bar,288K44整理ppt解：由于 和壓氣機(jī)耗功產(chǎn)生的溫升為：用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)每單位質(zhì)量流量所需的渦輪功為：45整理ppt因此，由于對(duì)于排氣

總的渦輪做功所產(chǎn)生的溫升單位工質(zhì)所作的總渦輪功46整理ppt注意：渦輪的輸出比功為

如果對(duì)于1000kW,需要7.3kg/s為了確定燃/空比f(wàn)，我們必須確定燃燒室的溫升熱交換器效率=0.80=47整理ppt對(duì)于入口溫度為759K的燃燒室和燃燒溫升為〔1100-759)=341K;理論上的燃料/空氣比為0.0094，